DE1491455B2 - Anordnung zur umwandlung von mikrowellenenergie in elektrische gleichstromenergie mit einer elektronenstrahlroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrilft eine Anordnung zur Umwandlung von Mikrowellcnenergie in elektrische tileiehstromenergie mit einer Elektronenstrahlröhre, Velchc einen Koppelieil zur Einkopplung der Mikrowcllenenergic auf den Elektronenstrahl und eine Einrichtung (Abbremselektrode) zum Abbremsen des mit der Mikrowcllenenergie beaufschlagten Elektronenstrahls enthält.

Seit einiger Zeit wird an dem Problem gearbeitet, eine drahtlose Energieübertragung mit Hilfe von Mikrowellen zu erzielen. Die drahtlose Übertragung großer Leistungen ist insbesondere für die Energieversorgung von Flugkörpern von wsentlicher Bcdcuhing. Weilerhin kann eine Energieübertragung mittels Mikrowellen auch auf der Erde über große Strecken bedeutungsvoll werden.

Hei ilen bisher hckannlen Versuchen, große l.ei siuugen mil Hilfe \on Mikrowellen /u übertragen hai nun) inner anderein /in (ileichriclilung du Mikrowellenenergie eine elektrostatisch fokiihsien. KUsironriihre bemil/i. Dabei wird der Elektronen strahl des Klvsirons mit der Mikrowellcncncr^ii· moduliert und anschließend durch Abbremsen iL Elektronenstrahls ein Teil der Miknmclienlcisimi; in Cileiehcnergie umgewandelt. Ein gcschwindiukeii· modulierter Elekinmensliahl, wie er bekanntlich 1.. Klvstmns auftritt, weist allerdings eine longitudinal·. Gesehwiniligkeilsverieilung auf, so daß dadurch iL ι Wirkungsgrad der Umwandlung von Mikrowellen enciüie in C-Ieichcnergie von vornherein begrenzt im.

Der Erlindimg liegt die Aulgabe zugrunde, ein. Anordnung zur Umwandlung von Mikrowelleiienergi· in (ileicheneruie mit Hilfe einer Elektronenstrahlröhre zu schaffen, deren Wirkungsgrad nicht durch eine longitudinal Geschwindigkeilsverteilung der Strahlelektronen beschränkt ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, daß der Koppelteil dei Elektronenstrahlröhre bei Anwesenheit eines longitudinal in Eelektrcnenstrahlrichtung '-erlaufenden homogenen Magnetfeldes ein Koppler für eine schnelle Zyklotronwelle ist, auf welchen eine Umkehr der magnetischen Feklstärkerichtung in der Weise folgt, daß die Zyklotronwelle sich in eine Synchronwelle umwandelt. Der Zyklotronwellenkoppler kann dabei vorteilhafterweise ein Cuccia-Koppler mit Resonanzeigenschaft sein.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Zyklotronwellenkoppler aus einem Wellenleiter besteht, der ein transversal zur Elektronenstrahlachse gerichtetes elektrisches Feld führt, das zirkulär polarisiert ist.

Eine erfindungsgemäßc Anordnung hat den Vorteil, daß bei der Einkopplung der Mikrowellenenergie auf den Elektronenstrahl im wesentlichen keine longitudinal Geschwindigkeitsverteilung eintritt. Die dem Elektronenstrahl erteilte Ablenkung aus der Strahlachse drückt sich entweder unmittelbar in einer gleichmäßigen Erhöhung der Triftgeschwindigkeit der Elektronen aus oder wird in eine entsprechende Gesch windigkeitserhöhung umgesetzt. Dadurch können sämtliche Elektronen des Elektronenstrahls gleichmäßig abgebremst werden, so daß die gesamte vom Strahl geführte Energie in Form \on Gleichstromleistung zurückgewonnen wird. Der Wirkungsgrad der Anordnung hängt im wesentlichen nur von den Verlusten im Koppler ab und kann deshalb Wcric von über ⁽)()" 0 erreichen.

Ein Elektronenstrahl, der in einem /ur Elektronenstrahlrichtung longitudinalen stationären homogenen Magnetfeld verläuft, wird bekanntlich mit sogenannten Transversalwellen moduliert, wenn ein transversal zur Elektronenstrahlachse gerichtetes Hochfrequcnzfcld auf den Elektronenstrahl einwirkt. Die Elektronenstrahlröhre einer erfindungsgcmäßen Anordnung kann mit derartigen Transversalwcllen arbeiten, wobei zweckmäßig im Elektronenstrahl zunächst eine rasche Zyklotronwelle erzeugt wird, die durch eine Umkehr der magnetischen Feklstärkerichtung in eine Synchronwelle umgewandelt wird.

An Stelle einer Modulation mit den bekannten Transversalwcllen kann eine erfindungsgemäße Anordnung nach einer zweiten Ansführungsform auch

³ U-/klump /wischen Signal- i;inl

„■in ekkhosumsch, als,, ohne Magnetfeld, betrieben ^[, ^ ^₁ ,,^^n/. Wenn man mil einen i^"^^'

^i den. Zn diesen /weck is. hei einer Anordnung Z Mo. o..Iu ¹^ ,„öl-Iuc, ka.,i; an Meile d,s

J,, ,,,nyanus ge.umn.en Art vorgesehen, daU der ^»^ -^¹'"¹ _|ca. „,_kiiniUL. 1 ransversal

Knppel.eU '/«ei /..einander parallele, in Elektronen- ^C ^ .^ ^'Sendet «erden. ^hesnndec

,,,; I Irieh.unu Umlaufend miteinander verdnllte 5 welk■ k> ^ .,^_{111 llir} eine sehnelle /yklu-

1,-k.mden enthält, /wischen denen der Elektronen- kommt > h Kopp u t _j._ ^. _L. _lralliAL._r,_a|

!„■,hl verläuft, und daß die Abhremselelurode emc ^^^,.^,^ X _achse ^neh.e.es hochlreque.Ue.

%,n ankommenden Strahl konkav gewölbte Mache, /ur h kk mo us a ^ _/jr|vU| polar.su.-rl.>.

insbesondere eine kugelschale, bildet. η kuhre Polarisation des elektrischen Wechs, -

_Λη Hand der in den Figuren der Zeichnung, dar- u, D e/uk, K _{cjnc y> klnll},_)nwclle n.n

.,,sKlheM Ausiührunusbeispiele soll die Erlmdung leide, ' "° ^'">_n, er/iekn.

nachgehend näher erfäuicrl werden: '"Tt u 1 S sehema.iseh ein Ausluhrungs-

l),e 1-i u. 1 /eiut sche.r.atisch die Elektronenstrahl- Die 1 ' ^ " , ,;_nv, _bci der die l-Ilekironc^irahl-

riihre cineV erlindunpsgemälWn Anordnung, unter d,e be.sp.el de, UU uhm _ _Au(. <_;,,, _dr

_in I₁,.: der X'erlaul des Maune.leldes gex.e.ehne. ,5 rohre ohr, N^n- _{s sind hicr d}.e Beunilc

"Ä-ΐ-ϊ

Koppelte 1 4 folgt eine Auffangclektrodc 5. D.e Auf- te.lung trull /u ^_{n 4 ?wd zueinan} p

rm»Llcktrodc5 ist mit einem Gitter 6 versehen, an sch lagen daß d^ M Π ^ _{Hochfr qucnz}.

dm der Elektronenstrahl abgebremst wird. Der Kop- a lic c El.k odu^ e ntha^, ^ ^ Cueeia-Koppler

pclteil 4 ist vorteilhaft ein sogenannter Cuccm-Kopp- *5 en.rg e η ^ ucn ^ _{Fleklronenslr}ahlnchtung

er. Ein solcher besteht im einfachsten Fall aus zwe. mgcfuhri. w.rü u^ _{vcrdrillt smd}, aaß de

in Micktronenstrahlrichtung parallel zur Strahlachse fo£l-ufcnd ο nu .^ _{ß ng} ,„ _{E1 k}

sich erstreckenden Elektroden, denen d.e Hoch- f^lek ™"⁰¹? _[f^"_ωηα cine radiale Auslenkung aus der

frecH.en/ene.uie HF so zugeführt wird, daß s.ch zw.- *™"£™^^Χ^β _η. Eine derartige Kopplung /w.-

schen den genannten Elektroden ein linear polar.· 3o ^»^hla^^_h ^a _fS_quc„zcner^

sierh-s transversales elektrisches Feld ausb.ldet. D.e sehen der Ho \ _{daB der} Strahl als üan«> Frequenz der Hochfrequenzenergie soll dabc. .m strahl ^^k' ^s^_{lmantd roticrt}. Um die Energ.e der wesentlichen der allgemein als Zyklotronfrequenz auf unuri Ke.e _{chc Glcichs}pannung umzeichneten Umlauf frequenz der Elektronen m dem Elek ron η η «ne ^^^ ^^ _{di Abb} Maunetfeldß, (F ig. 2) entsprechen, welches am Ort 35 ™^nüc'ⁿ^^1S _{6 cinc zum} ankommenden Strahl uecles^ Kopplers vorhanden ist. Der Cuccja-Kopplcr elektrode 5^ ö c _spielsweise ist I om, dargccrzeuct da-n im Elektronenstrahl eine Zyklotron- xvolbu Hache ^ _d^ _{AuffUngcr ς d dic} welleVisitivcr Energie, was sich dann äußert daß ^s^ⁿ ^^.^fe _{6 cine}' Kugelschale. Die Abbremsen Elektronen des Elektronenstrahls be. g eich- ^^"^^^ ist dabei so nah wie möghch an den

SNiic-hronwelle durch eine Richtungsumkehr tjes «^u'^wc"^tl _{c KoppcUcl}l des in Fig. 3 dargestellten Maiinetfeldes R, umgewandelt. D.ese Magnetfeld- 45 Γ ur ^dLnJj PJ _{]s eji},_{nct sich} vorteilhaft cm Cc-„,nkehr ist theoretisch an sich abrupt zu machen. A_ ful ungst u.p _{dar(!CStcm ist}. Es handelt s.ch Praktisch genügt es '«loch, daß d.e ümkchrlange 1. κ. es ,η . -_rechtcckipcn Oucrschn.tts, klein ucpcnübcr der Zyklotronwe lenlangc .st. Du; U.bu im. c , ^LJ _{h]richtu verdri}ll, ist. D.e Vcr-Unnvandamg der Zyklotronwellenlangc .n cmc Syn- der η EIcMr ^_{β djc Rlcktron cmc} chronwcllc bedeutet, daß die Rotat.onsenerg.e der 5«> dr J- ^ ^_Auslctlkline aus der Strahlachsc erElektronen sich in e.ne Erhöhung der lonptudmalen M..1 ^ ^U ^^ ^^ _{hal pc} , Geschwindigkeit der Elektronen umsetz (Da f.'^hrcJ_o'J_f^ _cn/schttinuung. die dem Koppelte,! Modell einer Synchronwelle ist bekanntl.ch cn dc I c r μ _F,_{cktroncn cint}. Vcrdrillu.m von lik-ktronenstrahl. dessen Elektronen geradeaus ver- / _;ptful r ν c ^.^ _Hoh„_{clt r hat} laufen und der als Ganzes um seine Achse rotiert. ,5 1.0 ^l^~_wn^_/i:hnrnkXcu wobei seine Lan;:c Am Gitter 6 der Auffangelektrodc 5 können so, ^..^ halbe Wellenlänge der Hochfreuuen/. die Elektronen des Elektronenstrahls gle.chmaßig auf etwa u Herstellung des m F. g. Null abgebremst werden, so daß d.e dem Elektronen- sch» u gung w« g _{jtcrs kann bels}p,el_Swc.sc strahl zugeführte Hochfrcquenzencrgie prakt.sch^veJ- ."^^X", _{daß ma}n einen geraden Hohllctcr ständig zusammen mit der dem Strahl .m Strah - dadu^h erfolg , ^ _{( f}.._{m und ( h} cr/cuEcr erteilten Energie als gleichgerichtete Le.- aus ^P^I . _{vcrdrillt# Eine} weitere Herstellungs-Μιιηκ am Widerstand 7 gewonnen wird. SJide kinn darin bestehen, daß man einen Z.nn-Die Verwendung eines Cnecia-Kopplers hat den η Jh^^ⁿ^^T _QmT,_chnin, schraubenförmig verVorteil, daß selbst dann keine wesentliche long.tu- stab recWecWg " _{m] ischen Bad mt K}up er dinale Geschwindigkeitsverte.lung m ^rone" 5 d el, ■ «^ ^ _chenlhches Herauslösen des

ssrüÄTJ?^ ssiiss- ^- *< ^« ^^{n wird}·

Hierzu 1 Blatt Zeichminfen

Claims (5)

i 49

1. Anordnung zur Umwandlung ν mi Mikro-

v,cltuncncipie in elektrische Glciehsiromcnergic mil einer Elektronenstrahlröhre, welche einen koppelteil /in" Einkopplung der Mikrowellenciiergie auf Jen Elektronenstrahl nut 1 eine Einrichtung (Abbiemselekirode) /.inn Abbremsen des mil der Mikrowellenenergie beaufschlagen !-.Icktronensirahls enthält, dadurch gekenn-/eic Ii η e 1, dall der Koppelieil der Elektmnciisiiahlröhre bei Anwesenheit eines longitudinal in I Uek ti.incnMrahl richtung verlaufenden homogeiien Magnetfeldes ein Koppler für eine schnelle Z\kloironwelle isi, auf welchen eine Umkehr der magnetischen Feldsiarkericluuiig in der Weise folgt, daß die 7yklotronwelle sich in eine Synchron welle umwandelt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklotronwellenkoppler ein Cuccia-Koppler mit Resonanzeigenschaft ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklotronwellenkoppler aus einem Wellenleiter besteht, der ein transversal zur Elektronenstrahlachse gerichtetes elektrisches Feld führt, das zirkulär polarisiert ist.

4. Anordnung zur Umwandlung von Mikrowellenenergie in elektrische Gleichstromenergie mit einer Elektroncnstifhlrölir·', weiche einen Koppelteil zur Einkopplung der Mikrowellenenergie auf den Elektronenstrahl und eine Einrichtung (Abbremselcktrodc) zum Abbremsen des mit der Mikrowcllenenergic beaufschlagten Elektronenstrahls enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppelteil zwei zueinander parallele, in Eleklronenstrahlrichtung fortlaufend miteinander verdrillte Elektroden enthalt, zwischen denen der Elektronenstrahl verläuft, und daß die Abbremselcktrodc eine zum ankommenden Strahl konkav »ewölbtc Fläche, insbesondere eine Kugcischalc, bildet.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch aekennzeichnc;, daß der Koppelteil ein verdrillter Hohlleiter rechteckigen Querschnitts ist, hinter dem unmittelbar die Abbremsclektrodc angeordnet ist.