DE1491427A1 - Electron beam tube with transverse wave modulation for amplifying high frequency signals - Google Patents

Description

SISMENS AKTIENGESELLSCHAFTSISMENS AKTIENGESELLSCHAFT

ι vi. vui.ι vi. vui.

München 2, Wittelsbacherplatz 2Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

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PA 64/2642PA 64/2642

Elektronenstrahlröhre mit Transversalwellenmodulation zur Verstärkung von HochfrequenzsignalenCathode ray tube with transverse wave modulation for amplifying high frequency signals

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlröhre mit Transversalwellenmodulation zur Verstärkung von Hoch-The invention relates to a cathode ray tube with Transverse wave modulation to amplify high

909821/0409 _ ₂ -909821/0409 _ ₂ -

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frequenzsignalen nit einem Binkoppelteil, einer Triftstrecke und einen Auskoppelteil, wobei der Ein- und Auskoppelteil aus einen Koppler für Transversalwellen besteht und eine Magnetanordnung vorgesehen ist, die über die länge der Triftstrecke mit aufeinanderfolgenden magnetischen Mitteln ein magnetostatischeo Puiapfeld erzeugt, dessen Feldstärke in Blektronenstrahlrichtung W sich räumlich periodisch ändert, während in Bereich des Ein- und Auskoppelteils ein Magnetfeld mit im wesentlichen konstanter Feldstärke vorhanden ist.Frequency signals nit a Binkoppelteil, a drift path and a decoupling part, the coupling and decoupling part consists of a coupler for transverse waves and a magnet arrangement is provided, which generates a magnetostatic Puiapfeld with successive magnetic means over the length of the drift path, the field strength in the lead electron beam direction W periodically changes spatially, while a magnetic field with an essentially constant field strength is present in the area of the coupling-in and coupling-out part.

Elektronenstrahlröhren.dieser Art sind bereits bekannt. Zur Verstärkung der Transversalwellen (Zyklotron- bzw. Synchronwellen) in Elektronenstrahl wird dabei ein parallel sur Elektronenstrahlachse verlaufendes magnetostatisches Pumpfeld verwendet, das eine in Elektrojien- ^ Strahlrichtung sich räumlich periodisch ändernde Feldkomponente aufweist. Zur Erzeugung der räumlichen Periodizitüt wird eine Reihe aufeinander folgender zylindrischer Eisenscheiben verwendet, welche die Elektronenbahn axialsymmetrisch umgeben. Cathode ray tubes of this type are already known. To amplify the transverse waves (cyclotron or synchronous waves) in the electron beam, a magnetostatic running parallel to the electron beam axis Pump field used, which is a spatially periodically changing field component in the direction of the electric beam having. To generate the spatial periodicity a series of successive cylindrical iron disks is used, which surround the electron path axially symmetrically.

Eine derartige Elektronenstrahlröhre kann als parametrischer Verstärker aufgefaßt werden, bei den anstelle einer hochfrequentem; Pumpe das räumlich periodische Hagnetfeld eine Verstärkung der TraneversalwellenSuch a cathode ray tube can be called parametric Amplifiers are considered to be where, instead of a high-frequency; Pump the spatially periodic Magnetic field amplification of the transverse waves

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hervorruft. Der Vorteil einer solchen Rohre besteht darin, daß gegenüber den herkömmlichen Wanderfeidröhren keine Verzögerungsleitung und keine besondere Dämpfung benötigt wird. Außerdem erhält man am Ausgang der Röhre einen Elektronenstrahl mit im wesentlichen konstanter Elektronengeschwindigkeit, so daß sämtliche Elektronen an Auffänger weitgehend auf die Geschwindigkeit Null abgebremst werden können und dadurch ein hoher Wirkungsgrad der Röhre erzielbar ist. evokes. The advantage of such a pipe is that compared to the conventional Wanderfeidröhren no delay line and no special attenuation is required. Also, you get at the exit of the tube an electron beam with a substantially constant electron velocity, so that all electrons can largely be braked to the speed zero on catchers and thus a high efficiency of the tube can be achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektronenstrahlröhre mit Transversalwellenmodulation zu schaffen, die unter Vermeidung einer hochfrequenten elektrischen Pumpspannung mit einem Elektronenstrahl sehr hoher Perveanz arbeiten kann. Zur lösung dieser Aufgabe wird bei einer Elektronenstrahlröhre der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß das magnetostatische Pumpfeld ein in der Richtung periodisch wechselndes Hagnetfeld mit einem Peldstarkeverlauf ist, welcher jeweils in der Mitte einer Halbperiode des Magnetfeldes eine Einsattelung aufweist, wobei die Maxima des Feldverlaufs zu beiden Seiten der Einsattelung mindestens um ein Viertel der Periodenlänge auseinander liegen und die Periodenlänge des Hagnetfeldes in Bezug auf die Elektronenstrahlgeschwindigkeit so gewählt ist, daß die Berandung des Elek-The invention is based on the object of creating a cathode ray tube with transverse wave modulation which can work with an electron beam with a very high perveance while avoiding a high-frequency electrical pump voltage. To solve this problem it is proposed according to the invention in a cathode ray tube of the type mentioned that the magnetostatic pump field is a magnetic field which changes periodically in the direction and has a field strength curve which has a dip in the middle of a half period of the magnetic field, the maxima of the The field course on both sides of the dip are at least a quarter of the period length apart and the period length of the magnetic field is selected in relation to the electron beam speed so that the edge of the elec-

!0193.1/0*0!.! 0193.1 / 0 * 0 !.

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tronenBtrahls während einer Halbperiode des Magnetfeldes mindestens zwei Austuchtungen aufweist.electron beam during a half period of the magnetic field has at least two lobes.

Der Verstärkungsmechanismus einer erfindungsgemäßen Elektronenstrahlröhre ist beliebig breitbandig, weil bei jeder eingespeisten Frequenz das räumlich periodische Feld stets als "Pumpe" mit doppelter Pumpfrequenz erscheint. Da weiterhin der Strahlort in der Röhre unkritisch ist, besteht nicht das Problem, daß ein Elektronenstrahl mit bestimmten Durchmesser möglichst dicht an irgendwelchen Elektroden vorbeigeführt werden muß.The amplification mechanism of a cathode ray tube according to the invention is arbitrarily broadband because at each frequency fed in, the spatially periodic field always appears as a "pump" with double the pumping frequency. Furthermore, since the beam location in the tube is not critical, there is no problem that an electron beam with a certain diameter must be passed as close as possible to any electrodes.

Anhand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend näher erläutert werden. ·Based on the figures of the drawing, the invention is intended below are explained in more detail. ·

Die Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Elektronenstrahlröhre. Unter die Figur 1 ist in Figur 2 der Verlauf des Magnetfeldes dargestellt, welches durch eine geeignete Magnetanordnung über die Länge des Entladungsweges der Röhre erzeugt sein soll. Mit 1 ist ein Elektronenstrahlerzeugungssysteni bezeichnet. Ein vom System 1 erzeugter Elektronenstrahl soll längs· der Entladungsbahn 2 hintereinander einen Einkoppelteil 3j ein Triftrohr 4 und einen Auskoppelteil 5 durchsetzen, bevor der Elektronenstrahl auf den Auffänger 6 auftrifft. Sowohl der Einkoppelteil 3 als auchFIG. 1 shows schematically the structure of a cathode ray tube according to the invention. Under the figure 1 is shown in Figure 2, the course of the magnetic field, which by a suitable magnet arrangement over the Length of the discharge path of the tube should be generated. 1 with an electron beam generation system is designated. An electron beam generated by the system 1 is to form a coupling part along the discharge path 2 one behind the other 3j a drift tube 4 and a decoupling part 5 enforce before the electron beam strikes the collector 6. Both the coupling part 3 and

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der Auskoppelteil 5 soll ein Koppler für Transversalwellen sein. Iia dargestellten Fall sind die Koppler nach Art eines sogenannten Cueeia-Kopplers ausgebildet und bestehen jeweils aus einen Rechteckhohlleiter, in dem eine elektromagnetische Schwingung mit einem zur Elektronenstrahlachse transversalen elektrischen Wechselfeld erregt ist. Der Rechteckhohlleiter ist dabei mit zwei zu beiden Seiten des Hohlleiters symmetrisch angeordneten Abstimxnschiebern 7 versehen, um den Koppler auf die jeweilige Signalfrequenz mechanisch abstimmen zu können. Eine derartige Abstimmung kann entfallen, wenn man in vorteilhafter Weise anstelle eines Cuccia-Kopplers für den Ein- und Auskoppelteil einen der bekannten breitbandigen Koppler für Transversalwellen beispielsweise in Form einer Verzögerungsleitung verwendet, welche ein transversales elektrisches Wechselfeld führt.the decoupling part 5 is intended to be a coupler for transverse waves be. Iia the case shown are the couplers designed in the manner of a so-called Cueeia coupler and each consist of a rectangular waveguide, in which an electromagnetic oscillation with a to Electron beam axis transverse alternating electric field is excited. The rectangular waveguide is arranged symmetrically with two on both sides of the waveguide Tuning sliders 7 provided to the coupler to be able to tune mechanically to the respective signal frequency. Such a vote can be omitted, if one of the known ones is advantageously used instead of a Cuccia coupler for the coupling-in and coupling-out part broadband coupler for transverse waves, for example in the form of a delay line, which carries a transverse alternating electric field.

Wie aus der Figur 2 hervorgeht, ist im Bereich des Ein- und Auskoppelteils ein Magnetfeld 8 bzw. 12 mit in wesentlichen konstanter Feldstärke vorhanden, die bei Verwendung der dargestellten Cuccia-Koppler so groß ist, daß die Zyklotronfrequenz gleich der Signalfrequenz ist. Das Magnetfeld 8 geht mit einer kurzen Überhöhung seiner Feldstärke (magnetisches Anpassungsfeld 9) in das magnetische Pumpfeld 10 über, das sich über die längeAs can be seen from Figure 2, is in the area of the input and Auskoppelteils a magnetic field 8 or 12 with a substantially constant field strength is available when using the Cuccia coupler shown is so large that the cyclotron frequency is equal to the signal frequency is. The magnetic field 8 goes into the with a brief increase in its field strength (magnetic adaptation field 9) magnetic pump field 10 over, which extends over the length

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des Triftrohres 4 erstreckt. Das Pumpfeld to ist dabei erfindungsgemäß ein in der Richtung periodisch wechselndes Magnetfeld mit einem Feldstärkeverlauf,welcher jeweils in der Mitte einer Halbperiode des Magnetfeldes 9 eine Einsattelung aufweist. Die näheren Bedingungen dieser Einsattelung sowie die Wirkungeweise des Pumpfeldes werden weiter unten erläutert. Es soll aber bereits hierof the drift tube 4 extends. According to the invention, the pump field to is one that changes periodically in the direction Magnetic field with a field strength curve, which in each case has a dip in the middle of a half period of the magnetic field 9. The detailed conditions of this Saddle and the mode of action of the pumping field are explained below. But it should already be here

' bemerkt werden, daß durch das Pumpfeld 9 der im Einkoppelteil 3 mit einer Transversalwelle, z.B. Zyklotronwelle, modulierte Elektronenstrahl einerseits als Ganzes fokussiert und andererseits die Transversalwelle in Strahl verstärkt wird. Nach Verlassen des Triftrohres durchläuft der Elektronenstrahl ein weiteres Anpassungsfeld 11, mit dem das Pumpfeld 10 in das Magnetfeld konstanter Feldstärke 12 übergeht. Mit dem Anpassungsfeld ist dabei der Vorteil verbunden, daß eine verstärkte Zyklotronwelle im Elektronenstrahl eine eindeutige Wellenform erhält. 'Be noticed that the pump field 9 in the coupling part 3 electron beam modulated with a transverse wave, e.g. cyclotron wave, on the one hand as a whole focused and on the other hand the transverse wave in Beam is amplified. After leaving the drift tube, the electron beam passes through a further adaptation field 11, with which the pump field 10 is more constant in the magnetic field Field strength 12 passes. The adaptation field has the advantage that a reinforced Cyclotron wave in the electron beam receives a unique waveform.

Das magnetostatische Pumpfeld einer erfindungsgemäßen Elektronenstrahlröhre ist in den Figuren 3 bis 5 mit näheren Einzelheiten dargestellt. Dabei zeigt die Figur 3 den Verlauf der magnetischen Feldstärke B (z) in Abhängigkeit von der Koordinate ζ (Koordinate in Längsrichtung der Entladungsbahn). Darunter ist in Figur 4 die Art der Strahlrandschwingungen eines inThe magnetostatic pump field of a cathode ray tube according to the invention is shown in more detail in FIGS. 3 to 5. FIG. 3 shows the course of the magnetic field strength B (z) as a function of the coordinate ζ (coordinate in the longitudinal direction of the discharge path). Below that, in FIG. 4, the type of beam edge vibrations of an in

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Magnetfeld B (ζ) geführten Brillouinstrahls 13 gezeigt, während die Pigur 5 schemati3ch die magnetischen Mittel zur Erzeugung des magnetischen PeIdstärkeverlaufs B (z) der Pigur 3 darstellt.Magnetic field B (ζ) guided Brillouin beam 13 shown, while the Pigur 5 schematically shows the magnetic means for generating the magnetic face strength curve B (z) represents Pigur 3.

Es ist bekannt, daß die Bewegung eines Elektronenstrahls nach Art eines sogenannten Brillouinstrahles in einen sinusförmigen Magnetfeld durch eine Mathieu-Gleichung beschrieben wird. Die Lösung dieser Gleichung spaltet sich in sogenannte Stabilitüts- und Instabilitätsbereiche auf. In den Instabilitätsbereichen wird eine Auslenkung der Elektronen des Elektronenstrahls aus der ^ Achse exponentiell vergrößert, so daß Transversalweilen, z.B. eine Zyklotronwelle, beim Durchlaufen eines sinusförmigen Magnetfeldes im InstabilitUtsbereich verstärkt wird. Andererseits ist eo aber notwendig, daß der Elektronenstrahl in seiner Gesamtheit erhalten bleibt; es soll also der Strahl selbst, welcher durch die Bewegung seiner Randelektronen charakterisiert wird, zusammengehalten werden. Dies ist trotz einer sogenannten Lage- _: instabilität der Einzelelektronen in einem InstabilitUtsbereich der Lösung einer Mathieu-Gleichung möglich, wenn man das Raumladungsfeld in Strahlinnern hinzunimmt. Aus den Mathieu-Gleichungen ergibt sich nämlich, daß man für eine Stabilitätsbetrachtung des gesamten Strahles die gleiche Differentialgleichung wie für einen raum-It is known that the movement of an electron beam in the manner of a so-called Brillouin beam in a sinusoidal magnetic field is described by a Mathieu equation. The solution to this equation is divided into so-called stability and instability areas. In the regions of instability, a deflection of the electrons of the electron beam from the axis is increased exponentially, so that transverse times, for example a cyclotron wave, are amplified when passing through a sinusoidal magnetic field in the region of instability. On the other hand, however, it is necessary that the electron beam be preserved in its entirety; the beam itself, which is characterized by the movement of its edge electrons, is supposed to be held together. This is despite a so-called _positional: instability of the single-electron in a InstabilitUtsbereich the solution of a Mathieu's equation possible if one adds the space charge field in the beam inside. From the Mathieu equations it follows that for a stability analysis of the entire beam the same differential equation as for a spatial

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ladungsfreien Elektronenstrahl mit einen zusätzlichen Raumladungsglied erhält. Daraus geht hervor, daß Bereiche vorhanden sein müssen, in denen der Elektronenstrahl selbst stabil ist, während eine Versetzung der Strahlelektronen auo der Strahlachse eine Instabilität ihrer Lage zur Folge hat. Eine genauere mathematische Untersuchung hat nun gezeigt, daß bei Verwendung eineo Magnetfeldes mit einen sinusförmigen Verlauf der magnetischen Feldstärke der für eine Verstärkung von Transversalwellen in-Frage kommende Instabilitätsbereich mit einer theoretischen Strahlfokussierung verbunden ist, welche praktisch unbrauchbar ist, weil dabei der minimale Strahlradius Werte nahe Null annimmt.charge-free electron beam with an additional Space charge member receives. It follows that areas must be present in which the electron beam itself is stable, while a dislocation of the Beam electrons on the beam axis result in an instability of their position. A more accurate math Investigation has now shown that when using a magnetic field with a sinusoidal course of the magnetic Field strength of the instability range in question for an amplification of transverse waves is associated with a theoretical beam focusing, which is practically useless because the minimum beam radius assumes values close to zero.

Dagegen lassen sich beachtliche Raumladungen mit einer relativ kleinen Welligkeit der Berandung des Elektronenstrahls fokussieren, wenn man ein Magnetfeld verwendet, wie es in Figur 3 dargestellt ist. Dieses Magnetfeld hat zwar einen in der Richtung periodisch wechselnden, jedoch nicht sinusförmigen Verlauf der magnetischen Feldstärke. Vielmehr weist der Feldstärkeverlauf in der Mitte ;jeder Halbperiode des Magnetfeldes mit der Periodenlänge Ii eine Einsattelung auf, wobei die Maxima lj der magnetischen Feldstärke, welche die Einsattelung begrenzen, mindestens um ein Viertel der Periodenlänge L auseinander liegen. Der Elektronen-In contrast, considerable space charges with a relatively small waviness of the edge of the electron beam can be found focus using a magnetic field as shown in Figure 3. This magnetic field has a periodically changing direction, but not a sinusoidal course of the magnetic field strength. Rather, the field strength curve shows in the middle; every half period of the magnetic field with the period length Ii shows a dip, where the maxima lj of the magnetic field strength, which limit the dip, be at least a quarter of the period length L apart. The electron

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strahl 13 gemäß Figur 4 wird in diesen Magnetfeld im sogenannten zweiten Durchlaßbereich fokussiert; das ist der Bereich, in den die Zahl der Randscnwingungen deo Elektronenstrahls während einer Halbperiode des Magnetfeldes 2 betrügt. Es sei bemerkt, daß auch eine Fokussierung des Elektronenstrahls in einem noch höheren Durchlaßbereich möglich ist. (Die Ordnungszahl des Durchlaßbereiches ist durch die Zahl von ganzen Strahlrands chv/ingungen des Elektronenstrahls wahrend einer Halbperiode des Magnetfeldes definiert.) Dabei sollen mit zunehmender Ordnungszahl des Durchlaßbereiches die Magnetfeldraaxima zu beiden Seiten der Einsattelung in Verlauf der ursprünglichen Feldstärke immer weiter aus^ einanderliegen.beam 13 according to Figure 4 is in this magnetic field in so-called second pass band focused; that is the area in which the number of marginal vibrations deo electron beam during a half period of the magnetic field 2 cheats. It should be noted that there is also a Focusing the electron beam in an even higher pass range is possible. (The ordinal number of the Pass band is determined by the number of whole beam edge oscillations of the electron beam during one Half-period of the magnetic field.) With increasing ordinal number of the pass band, the Magnetic field maxima on both sides of the dip in The course of the original field strength continues from ^ lying on top of each other.

Zur Erzeugung des beschriebenen magnetischen FeIdverlaufo werden zweckmäßig magnetische Mittel gemäß Figur 5 verwendet, welche aus periodisch angeordneten Magnetpolen 14 und 15 bestehen, die längs der Elektronenbahn abwechselnd entgegengesetzte Polarität haben. In der Mitte zwischen diesen Magnetpolen 14 und 15 ist jeweils eine Abschirmung 16 au3 weichnagnetischen Material vorgesehen, die die Einsattelung in Feldstürkeverlauf B (ζ) hervorruft.To generate the magnetic field curve described above are expediently used magnetic means according to Figure 5, which are periodically arranged Magnetic poles 14 and 15 consist of alternately opposite polarity along the electron path to have. In the middle between these magnetic poles 14 and 15 there is a shield 16 made of soft magnetic material Material provided that causes the dip in field strength course B (ζ).

Die Figur 6 zeigt einen Ausschnitt aus einer praktischen Magnetanordnung, wie sie in Figur 5 angedeutet FIG. 6 shows a section from a practical magnet arrangement as indicated in FIG

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ist. Die Magnetanordnung soll aus (nicht dargestellten) Permanentmagneten bestehen, welche symmetrisch um die Elektronenstrahlachse ζ angeordnet sind. Gegenüberliegende, gleichnamige Pole dieser Permanentmagnete sollen abwechselnd durch die Polschuhe 17 und 18 quer zur Elektronenstrahlachse miteinander verbunden sein. Die Polschuhe 17 und 10 sind, in Elektronenstrahlrichtung gesehen, in der Nähe der Strahlachse ζ gegenüber den außenliegenden Teilen der Polschuhe rechteckförmig verjüngt. In der Mitte zwischen den beiden Polschuhen 17 und 10 ist ein Abschirrazylinder 19 angeordnet und zwaris. The magnet arrangement should consist of permanent magnets (not shown) which are arranged symmetrically about the electron beam axis ζ. Opposite poles of the same name of these permanent magnets should alternately be connected to one another by the pole shoes 17 and 18 transversely to the electron beam axis. The pole pieces 17 and 10, seen in the electron beam direction , are tapered in a rectangular manner in the vicinity of the beam axis ζ relative to the outer parts of the pole pieces. In the middle between the two pole pieces 17 and 10, a shielding cylinder 19 is arranged, namely

in Höhe der rechteckigen Absätze 20 bzw. 21 an den Polschuhen 17 bzw. 18. Mit den dargestellten Dimensionen der Polschuhe 17 und 10 sowie des Abschirmzylindero 19 ergibt sich dann der in Figur 6 gestrichelt eingezeichnete Verlauf der magnetischen Feldstärke über eine Halbperiode des Pumpfeldes einer erfindungsgemäßen Elektronenstrahlröhre. at the level of the rectangular paragraphs 20 and 21 on the pole pieces 17 and 18, respectively. With the dimensions shown the pole shoes 17 and 10 and the shielding cylinder 19 This then results in the course of the magnetic field strength drawn in dashed lines in FIG. 6 over a half period of the pump field of a cathode ray tube according to the invention.

Die Ergebnisse einer Berechnung für ein magnetisches Pumpfeld, dessen magnetischer Feldstürkeverlauf durch die FunktionThe results of a calculation for a magnetic pump field, the magnetic field strength of which is determined by the function

f(z).= sin Ζ-™ + o,5 sif (z). = sin Ζ- ™ + o, 5 si

sinsin

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beschrieben ist, sind in Schaubild der Figur 7 dargestellt, und zwar für einen bestimmten sogenannten Magnetfeldparaneter α von Wert 3,0. Der Parameter α bestimmt sich dabei aua der Beziehungis described, are shown in the diagram of Figure 7, for a specific so-called Magnetic field parameter α of value 3.0. The parameter α is determined by the relationship

α = ια = ι

⁵O²V ⁵ O ² V

Worin B = B₀ I f(₂), L_ra die Magnetfeldperiode «ndWhere B = B ₀ I f ( ₂ ), L _{ra is} the magnetic field period «nd

U₀ das elektrische Potential auf der Elektronenstrahlachse iot. Unter den Verlauf des Magnetfeldes B(z)/B_Q ist in Figur 7 die Bewegung dee Strahlschwerpunktes dargestellt (Kurve 22), wobei man nur die Projektion auf eine Ebene sieht, die sich mit der Rotation der Elektronen un die Strahlachee dreht. Die Kurve 22 ergibt sich daraus, daß in der Rechnung die Einzelelektronen betrachtet werden, d.h. die Mathieu-Gleichung ohne Raumladungsglied gelöst wird (raumladungsfreier Fadenstrahl).Entoprechend dieser Kurve wird eine Transversalwelle im Elektronenstrahl verstärkt. Andererseits erhält man für den gesamten Elektronenstrahl unter Berücksichtigung der Raumladung eine Strahlberandung entsprechend der Kurve 23 der Figur 7i der Elektronenstrahl wird demnach insgesamt im Magnetfeld B (ζ) gebündelt geführt. Die Rechnung zeigt weiter, daß dabei erhebliche Raumladungen fokussiert !.werden können und gleichseitig eine Verstärkung einer TransversalwelleU _{0 is} the electrical potential on the electron beam axis iot. Under the course of the magnetic field B (z) / B _Q , the movement of the beam's center of gravity is shown in FIG. 7 (curve 22), only the projection onto a plane that rotates with the rotation of the electrons and the beam axis is seen. Curve 22 results from the fact that the individual electrons are considered in the calculation, ie the Mathieu equation is solved without a space charge element (space charge-free filament beam). According to this curve, a transverse wave in the electron beam is amplified. On the other hand, a beam boundary corresponding to curve 23 of FIG. 7 i is obtained for the entire electron beam, taking into account the space charge, the electron beam is accordingly guided as a whole in a concentrated manner in the magnetic field B (ζ). The calculation also shows that considerable space charges can be focused and, at the same time, an amplification of a transverse wave

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im Elektronenstrahl, von etwa 10 bis 20 dB je Magnetfeldperiode erzielbar ist. , ■in the electron beam, from about 10 to 20 dB per magnetic field period is achievable. , ■

Eine erfindungsgemäße Elektronenstrahlröhre weist wie die bereits bekannten Elektronenstrahlröhren mit Transversalwellenmodulation die Erscheinung auf, daß die Elektronenstrahlgeschwindigkeit sich in Richtung der ' Entladungsbahn ,verringert, wenn die Elektronen infolge des Verstärkungseffektes die Strahlachse verlassen und diese unter einem Winkel kreuzen, der über die Länge der Triftstrecke größer wird. Die Elektronen haben dann ihre maximale Geschwindigkeit- auf der zur Strahlachse geneigten Bahn, so daß sie in Richtung der Entladungsbahn langsamer werden. Dies hat Sättigungserscheinungen oder Nichtlinearitäten zur Folge. Man kann diesen Nachteil jedoch beseitigen, wenn man den Potentialdurchgang des Elektronenstrahls dazu ausnutzt, um die Elektronen im Triftrohr nachzubeschleunigen. Unter dem Potentialdurchgang wird dabei die Tatsache verstanden, daß die Elektronen auf der Achse des Elektronenstrahls ein Potential besitzen, welches niedriger aIo am Strahlrand ist, während wiederum das Potential am Strahlrand geringer als das Potential des die Triftstrecke umgebenden Triftrohres ist. Zum besseren Ver- ■ ständnis ist in Figur O der genannte Potentialdurchgang dargestellt, wobei mit ζ die Achse des Elektronen-A cathode ray tube according to the invention has as the already known cathode ray tubes with transverse wave modulation the phenomenon that the electron beam speed increases in the direction of ' Discharge path, reduced when the electrons leave the beam axis as a result of the amplification effect and cross them at an angle that is about the length of the drift path increases. The electrons then have their maximum speed - on the to Beam axis inclined path, so that they are slower in the direction of the discharge path. This has symptoms of satiety or result in non-linearities. However, this disadvantage can be eliminated by using the The potential passage of the electron beam is used to accelerate the electrons in the drift tube. Under The potential passage is understood to mean the fact that the electrons are on the axis of the electron beam have a potential which is lower aIo at the edge of the beam, while again the potential at the edge of the jet is less than the potential of the drift tube surrounding the drift path. For better ■ The above mentioned potential passage is shown in FIG shown, where with ζ the axis of the electron

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ΡΛ 9/492/426 - 13 -ΡΛ 9/492/426 - 13 -

Strahls, r der Strahlrand und R das Trift rohr bezeichnet ist. Für einen Strahl von /beispielsweise 6 Λ und TO kV, was einer Perveanz P = 6.10" entspricht, ergibt sich nach der Formel ■Ray, r denotes the edge of the ray and R denotes the drift tube is. For a beam of / for example 6 Λ and TO kV, which corresponds to a perveance P = 6.10 ", results according to the formula ■

AU = U_R - U₀ « 1,52.20⁴ I . U"^1/2 (1 + 4,64 Ig | )AU = U _R - U ₀ «1.52.20 ⁴ I. U " ^1/2 (1 + 4.64 Ig |)

ein innerer Potentialdurchhang in Elektronenstrahl vonan internal potential sag in electron beam of

AU a 910 VAU a 910 V

(in der Formel bedeutet Up die Spannung am Triftrohr, U das Potential auf der Strahlachse, R der Radius des Triftrohres und r den Strahlradiuo). Für ein Verhältnis von R/r = 5 ergeben sich für den äußeren Potentialdurchhang sogar 3160 V. Dieser äußere Potentialdurchhang Zwischen dem Strahlrand und dem Triftrohr bewirkt, daß der Elektronenstrahl gerade dann, wenn er sich weit von seiner Achse entfernt, entsprechend stark nachbeschleunigt wird. Many: kann nun die Perveanz, den Strahldurchmesser und den Triftrohrdurchnesser so wählen, daß bei einer Auslenkung der Elektronen aus der Strahlachse die effektive Geschwindigkeit des Elektronenstrahls konstant bleibt und unter diesen Verhältnissen die Röhre linear arbeitet.(in the formula Up means the tension on the drift tube, U the potential on the beam axis, R the radius of the drift tube and r the beam radius). For a relationship from R / r = 5 there is even 3160 V for the external potential sag. This external potential sag Between the edge of the beam and the drift tube, the electron beam just then if it moves far away from its axis, it is accelerated accordingly strongly. Many: can now Select the perveance, the beam diameter and the drift tube diameter so that when the Electrons from the beam axis the effective speed of the electron beam remains constant and under these conditions the tube works linearly.

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Pies ist iininer dann der Pall, wenn der Potentialdurehhang, der tein Auslenken des Elektronenstrahls aus der Achse des Triftrohres "beschrieben wird, der FormelPies is then the pall if the potential duration, the tein deflection of the electron beam from the axis of the drift pipe "is described, the formula

Γ Λ ^{2 2}IΓ Λ ^{2 2} I.

[ι ₊ ( if. ) ο J[ι ₊ ( if.) ο J

W genügt, wobei L die Periodenlänge des Magnetfeldes. und Q den Radiusvektor im Sriftrohr bezeichnet. W is sufficient, where L is the period length of the magnetic field. and Q denotes the radius vector in the drift tube.

9 Patentansprüche
8 Figuren9 claims
8 figures

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Claims (9)

Pat entansprüchePatent claims ( 1 J Elektronenstrahlröhre mit Transversalwelleninodulation zur Verstärkung von Hochfrequenzsignalen mit einem Einkoppelteil, einer Triftstrecke und einem Auakoppelteil, wobei der Ein- und Auskoppelteil aus einen Koppler für Transversalwellen "besteht und eine Magnetanordnung vorgesehen ist, die über die Länge der Triftstrecke mit aufeinanderfolgenden magnetischen Mitteln ein magnetostatisches Pumpfeld erzeugt, dessen Feldstärke in Elektronenstrahlrichtung sich räumlieh periodisch ändert, während in Bereich de3 Ein- und Auskoppelteils ein Magnetfeld mit im wesentlichen konstanter Feldstärke vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetostatische Pumpfeld ein in der Richtung periodisch wechselndes Magnetfeld mit einen Feldstürkeverlauf ist, welcher jeweils in der Mitte einer Halbperiode des Magnetfeldes eine Einsattelung aufweist, wobei die Maxima des Feldverlaufs zu beiden Seiten der Einsattelung mindestens uin ein Viertel der Periodenlänge auseinanderliegen und die Periodenlänge des Magnetfeldes in Bezug auf die Elektronenstrahlgeschwindigkeit so gewählt ist, daß die Berandung des Elektronenstrahls während einer Halbperiode dee Magnetfeldes mindestens zwei Ausbuchtungen aufweist.(1 J cathode ray tube with transverse wave inodulation for the amplification of high-frequency signals with a coupling part, a drift section and an outgoing coupling part, wherein the coupling and decoupling part consists of a coupler for transverse waves "and one Magnet arrangement is provided over the length of the drift path with successive magnetic Averaging generates a magnetostatic pump field, the field strength of which is spatial in the electron beam direction periodically changes, while in the area de3 coupling and decoupling a magnetic field with essentially constant field strength is present, characterized in that the magnetostatic pump field is an in the direction is periodically changing magnetic field with a field strength curve, which in each case in the Has a dip in the middle of a half period of the magnetic field, the maxima of the field profile on both sides of the saddle at least u are apart by a quarter of the period length and the Period length of the magnetic field in relation to the electron beam speed is chosen so that the edge of the electron beam during a half cycle the magnetic field has at least two bulges. 909821/0409909821/0409 n A7ln A7l U9U27U9U27 PA 9/492/426 ■ -Ί 6 -PA 9/492/426 ■ -Ί 6 - 2. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ITriftstrecke der Röhre von einen metallischen, unmagnetischen Rohr (iriftrohr) umgeben ist.2. Cathode ray tube according to claim 1, characterized in that that the drift path of the tube is caused by a metallic, non-magnetic tube (irift tube) is surrounded. 3. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Triftzylinder mit einer solchen Gleichspannung U "beaufschlagt und sein Radius R so gewühlt ist, daß die Beziehung3. Cathode ray tube according to claim 2, characterized in that the drift cylinder with such DC voltage U "is applied and its radius R is so chosen that the relationship = u₀ Η ₊ = u ₀ Η ₊ erfüllt ist, wobei U das Potential auf der Elektro nenstrahlachse und 1 die Periodenlänge d.eo magnetostatischen PUmpfeldes ist.is fulfilled, where U is the potential on the electron beam axis and 1 is the period length d.eo magnetostatic PUmpfeldes is. 4. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetanordnung zur Erzeugung des Pumpfeldes aus Permanentmagneten beoteht, welche symmetrisch vm die Elektronenstrahlachsc derart angeordnet und mit quer zur Elektronenstrahlachse angeordneten Polschuhen verbunden sind, daß aufeinanderfolgende Pols'chuhe jev/eilo" entgegengesetzt polarisiert sind, wobei in der Mitte zwischen aufeinanderfolgenden Polschuhen je ein die Elektronenstrahl^ ehse umgebender, weichmagnetischer Hohlzylinder (Abschirazylinder) vorgesehen ist.4. cathode ray tube according to claim 3 »characterized in that the magnet arrangement for generating the pumping field beoteht from permanent magnets, which are arranged symmetrically vm the electron beam axes and are connected to pole pieces arranged transversely to the electron beam axis that successive pole shoes jev / eilo" are oppositely polarized In the middle between successive pole pieces a soft magnetic hollow cylinder (shielding cylinder) surrounding the electron beam is provided. 909821/0409 "' ^1? "*909821/0409 "' ^1? " * U9U27U9U27 PA 9/492/426 - 17 -PA 9/492/426 - 17 - 5. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe, in Elektronenstrahlrichtung gesehen, im Bereich der Elektronenstrahlachse gegenüber den außen liegenden Teilen der Polschuhe rechteckförnig verjüngt sind und der Abschirmzylinder in Höhe der entsprechenden, rechteckigen Absätze an den Polschuhen angeordnet ist.5. cathode ray tube according to claim 4, characterized in that the pole pieces in the electron beam direction seen, are tapered in the area of the electron beam axis in relation to the outer parts of the pole shoes and the shielding cylinder is arranged at the level of the corresponding, rectangular paragraphs on the pole pieces. 6. Elektronenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld welches in Bereich des Ein- und Auskoppelteils vorgesehen ist, jeweils mit einer kurzen Überhöhung seiner Feldstärke in das magnetostatische Pumpfeld übergeht. .6. Cathode ray tube according to one of claims 1 to 5, characterized in that the magnetic field which is provided in the area of the coupling-in and coupling-out part, each with a short cant its field strength passes into the magnetostatic pump field. . 7. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein- und Auskoppelteil aus je einem abstimmbaren Rechteckhohlleiter besteht, in dem eine elektromagnetische Schwingung mit einem zur Elektronenstrahlachse transversalen, elektrischen Wechselfeld erregt ist. 7. cathode ray tube according to claim 6, characterized in that the coupling and decoupling part from each consists of a tunable rectangular waveguide in which an electromagnetic oscillation with a to the electron beam axis transverse, electric alternating field is excited. 8. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckhohlleiter mit zwei symmetrisch, zur Elektronenetrahlachee angeordneten Abstimmschiebeijn-versehen ist.8. cathode ray tube according to claim 7, characterized in that the rectangular waveguide with two symmetrically arranged to the electron beam axis Voting slide is provided. - 18 909821/0409 - 18 909821/0409 -.;■"■■ . 149U27- .; ■ "■■. 149U27 PA 9/492/426 - 18 -PA 9/492/426 - 18 - 9. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bin- und Auskoppelteil aus mindestens einer Verzögerungsleitung "besteht, auf der eine elektromagnetische ff_elle mit quer zur Blektronenstrahlaehse gerichteten elektrischen Peldkomponenten fortschreitet.9. A cathode ray tube according to claim 6, characterized in that the bond and extracting part of a delay line "consists of at least, on which an electromagnetic ff _e lle with transverse to Blektronenstrahlaehse electrical Peldkomponenten progresses. 909821/0409909821/0409