DE1541928C - Laufzeitrohre fur breites Frequenz band - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Laufzeitröhre für ein breites Frequenzband, bestehend aus einem Elektronenstrahlerzeugersystem, einer Auffangelektrode, einer Fokussieranordnung zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahls über eine größere Wegstrecke und mit Ein- und Auskoppelvorrichtungen versehenen, mit dem Elektronenstrahl gekoppelten Wechselwirkungsstrecken, die in eine Mehrzahl von Bereichen unterteilt sind, deren elektrische Eigenschaften bei unterschiedlichen Frequenzen gleich sind, wobei diese Frequenzen innerhalb des vorgegebenen Frequenzbandes in räumlich aufeinanderfolgenden Bereichen stetig ansteigen oder abnehmen.

Es sind bereits früher erhebliche Anstrengungen unternommen worden, die Bandbreite von Mikrowellenröhren zu erhöhen.

Mikrowellenleistungsröhren, wie beispielsweise Elektronenstrahlröhren, die mit Geschwindigkeits- und/oder Strahlstromdichtemodulation arbeiten und zu denen auch Klystrons und Wanderfeldröhren gehören, stellen üblicherweise einen Kompromiß zwischen Ausgangsleistung und Bandbreite dar. Man kann beispielsweise mit einem der bekannten geschwindigkeitsmodulierten Mehrkammerklystrons Ausgangsleistungen bis hinauf zu mehreren Megawatt erzielen, jedoch beträgt dabei die relative Bandbreite nur etwa 10 %. Die Ausgangsleistung üblicher Wanderfeldröhren ist dagegen niedriger, jedoch ist ihre Bandbreite größer. Man kann auch Klystrons und Wanderfeldröhren miteinander kombinieren, um die Bandbreiten zu erhöhen. Dann muß man aber Einbußen an anderen wichtigen Kenngrößen wie Ausgangsleistung, Frequenzunabhängigkeit der Ausgangsleistung, Verstärkung usw. in Kauf nehmen. Durch die Entwicklung immer komplizierterer elektronischer Apparaturen und Anlagen wächst daher laufend der Bedarf nach einer einzigen Röhre, die ein breites Frequenzband besitzt und innerhalb dieses Frequenzbandes eine gleichmäßig hohe Ausgangsleistung abgibt. Weiterhin besteht ein Bedarf an einer Verstärkerröhre, deren Eingangs- und Ausgangskreise unabhängig voneinander getrennt eingestellt werden können, so daß die Röhre flexibler ist, was die Entwicklung neuer Anlagen erleichtert.

In der britischen Patentschrift 961 964 wurde eine Klystron-Verstärkerröhre beschrieben, die vier Hohlraumresonatoren aufweist, die nacheinander von einem Elektronenstrahl durchsetzt werden. Die Resonanzfrequenzen aufeinanderfolgender Hohlraumresonatoren steigen dabei in einer Richtung stetig (monoton) an. Der Gütefaktor Q bei Belastung nimmt dabei bei den niedrigen Frequenzen ab und steigt dann bei den höheren Frequenzen an. Die Gütefaktoren aller Hohlraumresonatoren sind daher verschieden voneinander. Der Wirkungsgrad dieser Röhre ist bei den einzelnen Frequenzen unterschiedlich.

In der französischen Patentschrift 969 886 wird eine Laufzeitröhre mit Wendelleitung beschrieben, für die eine Vergrößerung der Bandbreite auf maximal den zweifachen Wert angegeben wird. Bei einer Ausführungsform dieser Laufzeitröhre mit Wendelleitung steigt der Durchmesser dieser Wendelleitung in Richtung vom Elektronenstrahlerzeugersystem zur Auffangelektrode stetig an.

Es ergab sich die Aufgabe, eine Laufzeitröhre zu schaffen, die ein breites Frequenzband besitzt und innerhalb dieses Frequenzbandes eine gleichmäßig hohe Ausgangsleistung abgibt.

, . .Weiterhin ergab sich die Aufgabe eine solche Laufzeitröhre für ein breites Frequenzband zu erhalten, die gegenüber den bekannten Röhren noch den zusätzlichen Vorteil aufweist, daß ihre Eingangs- und Ausgangskreise unabhängig voneinander getrennt eingestellt werden können, . so daß die Röhre flexibler ist.

Erfindungsgemäß werden diese .Aufgaben durch eine Laufzeitröhre der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zwei unabhängige Wechselwir-, kungsstrecken vorgesehen sind, deren Bereiche derart • ausgebildet sind, daß beim Durchlaufen der Wechselwirkungsstrecken die elektrischen Eigenschaften der aufeinanderfolgenden Bereiche sich mit dem Logarithmus der Frequenz periodisch wiederholen und die beiden Wechselwirkungsstrecken koaxial derart zueinander angeordnet sind, daß die Bereiche, bei denen sich die wiederholenden elektrischen Eigenschaften bei der höchsten Frequenz des vorgegebenen

ao Frequenzbandes einstellen, einander zugewandt sind. Im Rahmen dieser Beschreibung sollen die Ausdrücke »logarithmisch-periodisch« oder »auf logarithmisch-periodische Weise« auf eine Aufeinanderfolge von Bereichen einer Wechselwirkungsstrecke angewendet werden, die so dimensioniert und angeordnet sind, daß sich ihre elektrischen Eigenschaften, ihre Imperanzen, mit dem Logarithmus der Betriebsfrequenz periodisch wiederholen, also beispielsweise mit dem Logarithmus der Eingangsfrequenz. In anderen Worten ergibt sich dadurch, daß beim Auftragen der Frequenzen, bei denen sich die gleichen elektrischen Eigenschaften ergeben, auf einer logarithmisch geteilten Frequenzskala diese Punkte gleiche Abstände aufweisen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laufzeitröhre sind die Wechselwirkungsstrecken kegelstumpfförmig ausgebildet und mit ihren verjüngten Enden einander zugewandt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Röhre nach der Erfindung sind die einander zugewandten Enden der beiden Wechselwirkungsstrecken durch ein zylindrisches Zwischenstück miteinander verbunden, wobei die Umhüllung dieses Zwischenstücks auch zur Halterung der Wechselwirkungsstrecken

dienen kann. .

Andere vorteilhafte Ausführungsformen umfassen Röhren, bei denen eine oder beide Wechselwirkungsstrecken als Verzögerungsleitung, als Wendelleitung oder als Doppelkammleitung ausgebildet oder aus Hohlraumresonatoren aufgebaut sind.

Vorzugsweise weist die Halterung für jede Wechselwirkungsstrecke ein Abschlußglied auf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Laufzeitröhre mit kegelstumpfförmigen Wechselwirkungsstrecken sind diese derart zueinander angeordnet, daß die Spitzen der zu einem vollen Kegel ergänzten Kegelstümpfe in einem gemeinsamen Punkt liegen. Die erfindungsgemäße Laufzeitröhre wird besonders vorteilhaft als Vorwärtswellenverstärker verwendet. Durch die beiden Wechselwirkungsstrecken geht ein Elektronenstrahl hindurch, dessen effektive Wechselwirkungseigenschaften sich in Kombination mit den Wechselwirkungsstrecken ebenfalls logarithmisch periodisch ändern, und zwar derart, daß die Änderungen in den Wechselwirkungsstrecken und dem Elektronenstrahl gleichsinnig verlaufen. Im besonderen weist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zwei kegelstumpfartige Verzögerungslei-

tungen auf, wie sie in Wanderfeldröhren verwendet werden. Die Abmessungen der aufeinanderfolgenden Bereiche dieser Verzögerungsleitungen nehmen nach einer geometrischen Prozession ab. Diese beiden kegelstumpfartigen Verzögerungsleitungen sind so aneinander gesetzt, daß sie mit ihren kleineren Stirnflächen aneinanderstoßen, so daß sie mit einem konisch ausgebildeten Elektronenstrahl in Wechselwirkung treten können, der durch die beiden Ver-

aneinander an. Eine solche Laufzeitröhre kann als eine bikonische Röhre betrachtet werden, da die beiden logarithmisch-periodischen Wechselwirkungsstrecken eine kegelstumpfförmige Gestalt haben. Eine 5 solche bikonische Röhre ist in F i g. 1 dargestellt. Die bikonische Röhre 113 weist einen Kolben 114 auf, der zwei logarithmisch-periodische Abschnitte 115 und 115' enthält. In jedem der beiden Abschnitte 115 und 115' befindet sich eine logarithmisch-perio-

zögerungsleitungen hindurchgeht. In eine der beiden io dische Wechselwirkungsstrecke, die ein Wellenleiter Verzögerungsleitungen wird ein Eingangssignal ein- oder eine Verzögerungsleitung sein kann oder aus gekoppelt, das in Abhängigkeit von der Frequenz des gekoppelten Hohlraumresonatoren aufgebaut sein Eingangssignals einen bestimmten Bereich der Ver- kann und die weiterhin als Stegleitung oder als Dopzögerungsleitung selektiv erregt. Dadurch wird der pelkammleitung ausgebildet sein kann, die aber auch Elektronenstrahl moduliert. Der modulierte Elek- 15 eine Bifilar-Leitung oder eine Wendelleitung sein tronenstrahl gelangt in die andere Verzögerungslei- kann. In der dargestellten Ausführungsform nach tung und erregt dort wieder einen ganz bestimmten F i g. 1 enthält jeder Kolbenabschnitt 115 und HS' Bereich, so daß der Elektronenstrahl seinerseits Lei- eine Wechselwirkungsstrecke, die jeweils als Wendelstung an die zweite Verzögerungsleitung abgibt, die leitung 116 und 116' ausgebildet sind. Die Wendelais verstärkte Ausgangsleitung von der Röhre abge- 20 leiter 116' und 116 sind kegelstumpfförmig ausgenommen wird. bildet und durch ein zylindrisches Abschlußglied 117

Der Ausdruck »logarithmisch-periodisch« wird bzw. 117' in Form einer Wendel abgeschlossen, also auf die Wechselwirkungsstrecke und/oder den Die Wendelleitungen 116 und 116' sind derart

Elektronenstrahl angewendet, sofern sich die Kenn- koaxial angeordnet, daß ihre Abschlußglieder 117, großen periodisch nach einer geometrischen Reihe 25 117' aneinanderstoßen. Die beiden Wendelleitungen ändern. Diese Änderungen hängen zu einem großen definieren daher einen Elektronenstrahlkanal 118, Teil von den Abmessungen ab. Betrachtet man bei- der axial durch die Wendelleitungen hindurchgeht, spielsweise eine Wechselwirkungsstrecke aus einer Der Kolben 114 weist ein zylindrisches Mittelstück Anzahl von Hohlraumresonatoren, wie sie in KIy- 119 auf, in dem die Abschlußglieder 117 und 117' strons verwendet werden, so ist jeder Hohlraumre- 30 untergebracht sind. Dort, wo der Kolben 114 dem sonator ein genaues Ebenbild des vor ihm angeord- Verlauf der beiden konisch gewickelten Wendelleineten Resonators, nur sind die wesentlichen Abmes- tungen 116 und 116' folgt, nimmt er die Gestalt sungen aller Einzelteile um den »logarithmisch- zweier Kegelstümpfe an, die an ihren Enden mit dem periodischen« Faktor ρ, beispielsweise 0,9, verklei- geringeren Durchmesser durch das zylindrische Mitnert oder vergrößert worden. In dieser Beziehung 35 telstück 119 miteinander verbunden sind. Die Wenwerden auch die Durchmesser und die Längen der delleitungen 116 und 116' sind kegelstumpfförmig Driftröhren zwischen zwei Hohlraumresonatoren ausgebildet und so angeordnet, daß ihre hochfrekleiner, und durch die Verringerung aller Abmessun- quenten Enden, also ihre Enden mit dem kleineren gen nimmt auch die Breite aufeinanderfolgender Durchmesser einem zylindrischen Teil gegenüber-Wechselwirkungsspalte ab. Betrachtet man eine Ver- 40 stehen, welcher die Abschlußglieder 117 und 117' zögerungsleitung, wie beispielsweise eine Wendel, die enthält, die an die Wendelleitung 116 und 116' anein Spezialfall einer periodischen Wechselwirkungs- gesetzt sind. Auch der Elektronenstrahlkanal 118' strecke ist, so nehmen die Durchmesser aufeinander- hat die Gestalt zweier Kegelstümpfe, die sich mit den folgender Windungen laufend ab, während die Dichte Stirnflächen von kleinerem Durchmesser gegenüberder Windungen immer größer bzw. die Steigung der 45 stehen und durch ein zylindrisches Zwischenstück Windungen immer kleiner wird. Man kann auch die miteinander verbunden sind.

Dicke des Wendeldrahtes fortlaufend verringern. Der Die erfindungsgemäße Laufzeitröhre kann außer-

Elektronenstrahl, der die Wechselwirkungsstrecken ordentlich vielseitig ausgelegt werden. Es ist daher durchsetzt, läuft in der gleichen Richtung wie die nicht notwendig, daß die konischen Abschnitte 115 Wechselwirkungsstrecke konisch zusammen, d. h., 50 und 115' gleiche Wechselwirkungsstrecken enthalten, sein Querschnitt ändert sich in der gleichen Richtung In die Abschnitte 115 und 115' können vielmehr die

verschiedensten Wechselwirkungsstrecken eingesetzt werden, die sich ebenfalls in ihren wesentlichen Abmessungen unterscheiden können. Die beiden Wech-55 selwirkungsstrecken 116 und 116' können beispielsweise verschieden lang sein, unterschiedliche logarithmisch-periodische Faktoren aufweisen usw. So kann beispielsweise die eine Wechselwirkungsstrecke aus gekoppelten Hohlraumresonatoren bestehen,

findungsgemäßen Laufzeitröhre mit Wechselwir- 60 während die andere Wechselwirkungsstrecke eine kungsstrecken, bei denen zwei Doppelkamm-Leitun- Wendelleitung sein kann. Wenn die eine der beiden gen verwendet sind. Wechselwirkungsstrecken aus gekoppelten Resona-

Ausführungsformen der Erfindung als bikonische toren besteht, können die einzelnen Hohlraumreso-Laufzeitröhre mit zwei logarithmisch-periodischen natoren entweder einzeln oder insgesamt mit zwei Wechselwirkungsstrecken sind in den F i g. 1 und 2 65 Übertragungsleitungen verbunden werden. Man kann dargestellt. Diese bikonischen Wechselwirkungs- aber auch einzelne Abschnitte der Wechselwirkungsstrecken sind koaxial zueinander angeordnet und strecken abwechselnd mit zwei Übertragungsleistoßen vorzugsweise mit ihren hochfrequenten Enden tungen verbinden.

wie der Querschnitt der Wechselwirkungsstrecken.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

F i g. 1 zeigt, wie zwei Wendelleiter zum Aufbau der beiden Wechselwirkungsstrecken zusammengesetzt werden können;

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der er-

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• Jede der beiden Wendelleitungen 116 und 116' ist Wendeln und die Auffangelektrode 86' mit dem posimit einem bekannten Trennstück 120 und 120' ver- tiven Pol der Batterie 100 verbunden sind. Elektrosehen, die dazu dienen, die beiden Wendelleitungen nen werden daher von der Oberfläche 91 emittiert elektrisch voneinander zu isolieren. Diese beiden und von den Fokussierungslinsen 96 und 98 sowie Trennstücke 120,120' befinden sich an den Enden 5 durch das elektrische Feld zwischen diesen Linsen so der Wendelleitungen, die sich gegenüberliegen. Die geformt, daß die Elektronen als Elektronenstrahl Wendelleitung 116 ist an ihrem anderen Ende mit 118 den Elektronenstrahlkanal 118' durchsetzen einer Kopplungsvorrichtung 121 versehen, die als und in der Auffangelektrode 86' aufgefangen werden: Eingang für die Röhre 113 dient. Die Wendelleitung Um dem Elektronenstrahl in den beiden Röhren- 116' ist an ihrem anderen Ende mit einer Ausgangs- io teilen 115 und 115' den gewünschten konischen Verkopplungsvorrichtung 122 versehen. lauf zu geben, ist eine Magnetspule 123 vorgesehen, Um einen Elektronenstrahl 118 zu erzeugen, der bei der die Windungsdichte, die Gestalt usw. passend durch den Elektronenstrahlkanal 118'hindurchgeht, gewählt sind. Die Auffangelektrode 86' kann aus ist am Eingangsende der Röhre 113 eine Elektronen- einem Block mit einer Höhlung 102 bestehen, in der kanone 85 vorgesehen. Am anderen Ende ist die 15 die Elektronen gesammelt werden, und kann mit Elektronenstrahlröhre 113 mit einer Auffangelek- einer Kühlvorrichtung versehen sein,
trode 86' ausgerüstet. Die Elektronenkanone 85 ist Ein wesentliches Merkmal dieser Ausführungsform nur ein Beispiel einer bekannten geeigneten Strahl- der Erfindung besteht darin, daß jede Wechselwirkathode. Eine andere Strahlkathode ist beispielsweise kungsstrecke 116 und 116' durch ein kurzes zylinin der USA.-Patentschrift 3 046 442 beschrieben. In 20 drisches Abschlußglied 117 und 117' abgeschlossen diesem Zusammenhang wird noch auf das Buch ist. Auf diese Abschlußglieder 117 und 117' wird das »Theory and Design of Electron Beams« von logarithmisch-periodische Prinzip vorzugsweise nicht J. R. Pierce verwiesen, das 1949 im Verlag angewendet. Man kann jedoch auch auf einen Teil Nostrand & Co., Inc., N. Y., erschienen ist. In der dieser Abschlußglieder einen modifizierten logarith-Fig. 1 weist die Elektronenkanone 85 einen Iso- 25 misch-periodischen Faktor anwenden. Die Abschlußlierzylinder 87 auf, der konzentrisch an der Stirn- glieder 117 und 117' rufen bei höheren Frequenzen wand 88 des Kolbens 114 montiert ist. Der Isolier- eine bessere Wechselwirkung hervor,
zylinder 87 ist ebenfalls zum Elektronenstrahlkanal Ein weiteres Merkmal einer bevorzugten Aus- 118' konzentrisch angeordnet. An dem Isolierzylin- führungsform der Erfindung besteht darin, daß die der 87 ist eine Stirnwand 89 angebracht, welche 30 theoretischen Spitzen der beiden kegelstumpfförmig die eigentliche Kathode 90 trägt. Es handelt sich um ausgebildeten logarithmisch-periodischen Wechseleine bekannte Kathode, deren elektronenemittierende Wirkungsstrecken im wesentlichen. zusammenfallen Oberfläche aus. einer Bariumverbindung besteht, die oder daß den beiden Wechselwirkungsstrecken 116, sich in einer Metallfritte befindet. Die Oberfläche 116'eine theoretische Kegelspitze gemeinsam ist, die 91 ist gekrümmt ausgebildet. Ihr Durchmesser ist 35 zwischen den beiden zylindrischen Abschlußgliedern gleich oder größer als der Durchmesser des Elek- 117 und 117' liegt. Die beiden zylindrischen Abtronenstrahlkanals 118'. Sie ist durch einen Zylinder- Schlußglieder 117 und 117' können als ein Stück stutzen 92 an der Stirnwand 89 befestigt. Zum Auf- einer Wechselwirkungsstrecke beschrieben werden, heizen der eigentlichen Kathode 90 ist ein elek- die zwischen den beiden logarithmisch-periodischen trisches Heizelement 93 vorgesehen, durch das die 40 Wechselwirkungsstrecken liegt. Die gesamte Länge Kathode auf Emissionstemperatur gebracht wird. Das dieser beiden Abschlußglieder sollte so groß wie die Heizelement 93 weist Anschlußdrähte 94 und 94' auf, Länge der beiden konischen Wechselwirkungsabdie isoliert durch die Stirnwand 89 hindurchgeführt schnitte sein, die sie ersetzen. In anderen Ausführungssind. Diese Anschlußdrähte werden an eine Strom- formen der Erfindung können die beiden theoretiquelle,. wie beispielsweise an eine Batterie 95 ange- 45 sehen Kegelspitzen innerhalb gewisser Grenzen um schlossen. einen gewissen Abstand voneinander entfernt liegen. Um die Elektronen emittierende Oberfläche 91 Das führt für bestimmte Anwendung auf bessere Beherum ist ein Fokussierungszylinder 96 angeordnet, triebseigenschaften. Die Trennstücke 120 und 120' der sich außen am Rand bei 97 erweitert. Dieser sind in derjenigen Ebene angeordnet, in der die ge-Fokussierungszylinder ist elektrisch mit der Stirn- 5° meinsame Kegelspitze liegt. Sie dienen dazu, die beiwand 89 verbunden. Konzentrisch zu diesem Fokus- den Wechselwirkungsstrecken 116, 116' elektrisch sierungszylinder und konzentrisch zur Elektronen- voneinander zu trennen. Irgendwelche zusätzliche kanone 90 ist ein kreisförmiger Fokussierungsblock Resonanzstellen bei bestimmten Frequenzen werden 98 angeordnet, der bei 99 einen aufgesetzten Kreis- durch diese beiden Trennstücke in dieser Ebene nicht ring aufweist. Der Fokussierungsblock stellt den Be- 55 hervorgerufen.

ginn des Elektronenstrahlkanals 118 dar. Die Fo- Während des Betriebes der Elektronenstrahlröhre kussierungsbauteile 96 und 98 und ihre Oberflächen 113 nach F i g. 1 wird dem Wendelleiter 116 über 97 und 99, die sich gegenüberstehen, sind so ausge- die Eingangskopplungsvorrichtung 121 ein Eingangsbildet, daß ein elektrisches Feld zwischen ihnen einen signal zugeführt. Dieses Signal erregt nun einen besolchen Verlauf hat, daß der Elektronenstrahl 118 60 stimmten Bereich des Wendelleiters 116. Wo dieser in der gewünschten Form in den Elektronenstrahl- Bereich liegt, hängt von der Frequenz des Eingangskanal 118' eintritt. signals ab. In diesem Bereich findet nun eine Wech-Die Auffangelektrode 86' ist genauso wie die rest- selwirkung zwischen dem Elektronenstrahl 118 und liehen Teile der Elektronenstrahlröhre 113 aus einem der Wendelleitung 116 statt, so daß vom Eingangselektrisch leitenden Material hergestellt. Man kann 65 signal Energie an den Elektronenstrahl 118 abgedaher die Stirnwand 98 mit dem negativen Pol einer geben wird, wie es bei Wanderfeldröhren mit einem Spannungsquelle, wie beispielsweise mit dem nega- Wendelleiter üblich ist. Das verstärkte Signal läuft tiven Pol der Batterie 100 verbinden, während die dann den Elektronenstrahl 118 entlang und gelangt in

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die Ausgangswendel 116' der Elektronenstrahlröhre. einander trennt. Im besonderen trennt der Driftab-Dort erregt der Elektronenstrahl wieder einen be- schnitt 140 auch die beiden Wechselwirkungsstrecken stimmten Bereich der Wendelleitung und gibt Lei- 125 und 125' voneinander, so daß die beiden stung an die Ausgangswendel 116' ab. Diese ver- Spitzen, die bei der Ergänzung der beiden Wechstärkte Leistung wird über die Ausgangskopplungs- 5 selwirkungsstrecken zu einem vollen Kegel entvorrichtung 122 abgenommen. Welcher Bereich der stehen, innerhalb des Driftabschnittes 140 zusam-Ausgangswendel 116' erregt wird, hängt wieder von menfallen. Der axiale Abstand zwischen den beiden der Frequenz des verstärkten Signals ab. Wechselwirkungsstrecken 125 und 125' ist nicht In der F i g. 2 ist ein Verstärker 124 dargestellt, größer als die Summe der Höhen derjenigen Kegel, der ebenfalls eine Ausführungsform der Erfindung io durch die die kegelstumpfförmigen Wechselwirkungsist, Der Verstärker 124 unterscheidet sich von der strecken ergänzt werden müssen, um einen vollstän-Laufzeitröhre 113 aus F i g. 1 in der Hauptsache da- digen Kegel zu bilden. Man kann jedoch bei mandurch, daß die logarithmisch-periodischen Wechsel- chen Ausführungsformen diesen theoretischen Kegelwirkungsstrecken als Doppelkammleitungen ausge- spitzen einen gewissen Abstand voneinander geben, bildet sind. In der Fig. 2 sind zwei zusammenlau- 15 wie es bereits beschrieben wurde,
fende logarithmisch-periodische Wechselwirkungs- In der Ausführungsform nach F i g. 2 ist am Einstrecken 125 und 125' in ein Gehäuse 126 eingesetzt. gangskreis 125 eine Elektronenkanone 85 und am Da die beiden Wechselwirkungsstrecken 125 und 125' Ausgangsende eine Auffangelektrode 86 angeordnet, bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils kegelstumpf- Die Elektronenkanone und die Auffangelektrode sind förmig ausgebildet sind, weist auch das Gehäuse 126 20 ähnlich ausgebildet, wie es in F i g. 1 dargestellt ist. zwei kegelstumpfförmige Abschnitte 127 und 127' Die Elektronenkanone 85 erzeugt einen Elektronenauf, in denen die beiden Wechselwirkungsstrecken strahl 118, der durch die Eingangswechselwirkungs- 125 und 125' eingesetzt sind. strecke 125, den Driftabschnitt 140 und die Aus-

Die beiden Wechselwirkungsstrecken 125 und 125' gangswechselwirkungsstrecke 125' hindurchgeht, und sind gleichartig aufgebaut, so daß es genügt, nur eine 35 in der Auffangelektrode 86 aufgefangen wird. Um zu beschreiben. Die Doppelkammleitung 125 weist den Elektronenstrahl 118 so zu fokussieren, daß er eine Anzahl diskreter Elemente 128,129,130 und kegelstumpfförmig zusammenläuft, wie es bei 142 131 auf, die in Längsrichtung bestimmte Abstände dargestellt ist, ist eine Magnetspule 141 vorgesehen, voneinander haben. Zwischen diesen Elementen sind die ein veränderliches Magnetfeld erzeugt und deren von der anderen Seite her diskrete Elemente 132, 30 Wicklungen ebenfalls kegelstumpfförmig angeordnet 133, 134 und 135 angeordnet. Diese diskreten EIe- sind. In der entgegengesetzt gerichteten Wechselwirmente können verschieden ausgebildet sein. Es kön- kungsstrecke 125' ruft die Magnetspule 141 ebennen beispielsweise Stege, Scheiben, Lochscheiben, falls ein Magnetfeld hervor, das dem Elektronen-Ringe, Zylinder usw. sein. Die diskreten Elemente strahl eine kegelstumpfförmige Gestalt gibt, wie es der Doppelkammleitung der F i g. 2 sind kreisförmig 35 bei 143 dargestellt ist. Auf den genauen Querschnitt ausgebildet und können als kurze Zylinder betrachtet des Elektronenstrahls in dem Driftabschnitt 140, der werden. Die Elemente 128,129,130 und 131 der mit 144 bezeichnet ist, kommt es dagegen nicht an. Doppelkammleitung sind an eine Übertragungslei- Es ist nur zweckmäßig, dem Elektronenstrahl dort tungl36 angeschlossen, die am kleineren Ende der eine zylindrische Gestalt zu geben, wenn der Elek-Wechselwirkungsstrecke 125 zu einer Eingangskopp- 40 tronenstrahl auch an dieser Stelle eingeschnürt sein lungsvorrichtung 137 führt, Die Elemente 132,133, kann.

134 und 135 der Doppelkammleitung, die zwischen Die Laufzeitröhre nach F i g. 2 ist als Rückwärtsden zuerst genannten Elementen angeordnet sind, Wellenverstärker ausgebildet. Man kann die. Röhre sind dagegen mit einer weiteren Übertragungsleitung nach F i g. 2 jedoch als. Vorwärtswellenverstärker be- 138 verbunden, die ebenfalls zur E.ingangskopplungs- 45 treiben. Dann muß man nur die Eingangs- und die vorrichtung 137 führt. Wenn, man zwei sich gegen- Ausgangskopplungsvorrichtung an diejenigen Enden überstehende Übertragungsleitungen 136 und 138. zur der Übertragungsleitungen, 136 und 138 anschließen, Verbindung mit verschiedenen Elementen einer Dop- an denen die Wechselwirkungsstrecken den größeren pelkammleitung verwendet, so entsteht eine Gegen- Durchmesser aufweisen. Die Wirkungsweise einer taktleitung. Die Wechselwirkungsstrecke 125 wird 50 solchen Röhre gleicht sich insofern — unabhängig als der Eingangskreis des Verstärkers 124 bezeichnet. davon, ob die Röhre als Vorwärtswellenröhre oder Die Wechselwirkungsstrecke 125', die ein Gegenstück als Rückwärtswellenröhre betrieben wird — als ein zur Wechselwirkungsstrecke 125 ist und deren ein- Eingangssignal zwischen die beiden Übertragungszelne Elemente, deren. Übertragungsleitung und. deren leitungen 136 und 138 eingekoppelt wird. Dieses Ein-Ausgangskopplung 139 den entsprechenden Einzel- 55 gangssignal läuft durch die Wechselwirkungsstrecke teilen der Wechselwirkungsstrecke 125 nachgebildet 125 hindurch und auf die Elektronenkanone 85 bzw. sind, wird als Ausgangskreis des. Verstärkers. 124 be- auf das Kathodenende des Verstärkers 124 zu, bis es, trachtet. Die Doppelkamrnleitungen^ wie sie bei 125 einen Bereich der Wechselwirkungsstrecke erreicht und 125' dargestellt sind,, werden üblicherweise in hat, der von der Frequenz des Eingangssignals erregt einem Frequenzgebiet betrieben» in dem sich die 60 werden kann. In diesem Bereich ist die Phasengeelektromagnetischen Wellen als Rückwärtswellen schwindigkeit der Welle in der Doppelkammleitung ausweiten. Bei diesen Frequenzen, haben die Phasen- im wesentlichen synchron mit der Geschwindigkeit geschwindigkeit und die Gruppengeschwindigkeit des Elektronenstrahls. In diesem Bereich findet nun verschiedene Vorzeichen,, sind also, beispielsweise zwischen dem Elektronenstrahl und der Doppelpositiv und negativ. 65 kammleitung eine starke Wechselwirkung statt, so

Das Gehäuse 126 weist in seiner Mitte einen daß auf den Elektronenstrahl Leistung übertragen

Driftabschnitt 140 auf, der die beiden sich gegen- wird, was auf eine Geschwindigkeitsmodulation des

überstehenden Gehäuseabschnitte 127 und 127' von- Elektronenstrahls führt. Nun durchsetzt der Elek-

tronenstrahl den Driftabschnitt 140. In diesem Abschnitt findet eine Ballung des Elektronenstrahls statt. Diese Ballung des Elektronenstrahls führt zu einer Hochfrequenzverstärkung. Wenn nun der Elektronenstrahl einen Bereich in der Ausgangswechsel-Wirkungsstrecke 125' erreicht, in der der geballte Elektronenstrahl wieder synchron mit der Phasengeschwindigkeit in der Wechselwirkungsstrecke wird, findet in diesem Bereich wiederum eine Wechselwirkung statt, so daß verstärkte Hochfrequenzenergie in ίο die Wechselwirkungsstrecke eingekoppelt wird, die an der Auskopplungsvorrichtung 139 abgenommen werden kann.

Wo der Bereich der Eingangswechselwirkungsstrecke 125 liegt, in dem die Wechselwirkung stattfindet, hängt von der Frequenz des Eingangssignals ab. Dieser Bereich wird nun in Übereinstimmung mit den Frequenzänderungen im Eingangssignal in axialer Richtung hin- und hergeschoben. Auch in der Ausgangswechselwirkungsstrecke hängt die Stelle, an der die Wechselwirkung stattfindet, davon ab, wo die Wechselwirkung in der Eingangswechselwirkungsstrecke stattgefunden hat.

Damit ist auch der Wechselwirkungsort in der Ausgangswechselwirkungsstrecke von der Frequenz des Eingangssignals abhängig. Der Ort der maximalen Wechselwirkung in der Ausgangswechselwirkungstrecke in einer festen Beziehung zum Ort der maximalen Wechselwirkung in der Eingangswechselwirkungsstrecke. Auch in der Ausgangswechselwirkungsstrecke bewegt sich der Bereich der maximalen Wechselwirkung reversibel hin und her, und zwar im Gleichklang mit dem Bereich maximaler Wechselwirkung in der Eingangswechselwirkungsstrecke und in gleichmäßigem Abstand von diesem Bereich. .

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird der Elektronenstrahl in seiner Geschwindigkeit und/oder in seiner Strahldichte moduliert. Die Erfindung ist auf Elektronenstrahlröhren anwendbar, bei denen ein Elektronenstrahl eine Wechselwirkungsstrecke durchsetzt und dabei ein Eingangssignal verstärkt, so daß das verstärkte Eingangssignal mit der gewünschten Frequenz von der Röhre abgenommen werden kann. Solche Elektronenstrahlröhren können in bekannter Weise als Frequenzumsetzer, als Verstärker oder als steuerbare Impedanzen verwendet werden.

Die Erfindung ist daher auf die Kombination zweier logarithmisch-periodischen Wechselwirkungsstrecken mit einem logarithmisch-periodischen Elektronenstrahl gerichtet, der die Wechselwirkungsstrecken durchsetzt, so daß sich die effektiven Wechselwirkungseigenschaften in axialer Richtung logarithmischperiodisch ändern. Dabei ist es gleichgültig, ob die Wechselwirkungsstrecken aus gekoppelten Hohlraumresonatoren bestehen oder als Stegleitung, als Wendel oder anderweitig ausgebildet sind. Während des Betriebs einer solchen Laufzeitröhre sucht sich das Eingangssignal auf Grund seiner Frequenz selber die Hohlraumresonatoren oder die Bereiche einer Wendel oder einer anderen Wechselwirkungsstrecke aus, in denen die Wechselwirkung stattfindet. Der Ort oder der Bereich der Wechselwirkung kann sich in Abhängigkeit von der Frequenz des Eingangssignals in den Wechselwirkungsstrecken hin und her verschieben. Dieses kann man als ein »Fließen« der Wechselwirkungsbereiche beschreiben, wo der Ort, an dem die Wechselwirkung gerade stattfindet, durch die gerade anliegende Frequenz des Eingangssignals bestimmt ist.

Dieser »fließende« Bereich kann einen oder mehrere aufeinanderfolgende Hohlraumresonatoren einer Wechselwirkungsstrecke, einen Teil der Wendel nach Fig. 1 oder mehrere Ringe der Doppelkammleitung nach F i g. 2 umfassen. In einer aus Hohlraumresonatoren aufgebauten Wechselwirkungsstrecke kann ein vorgegebenes Eingangssignal einen oder mehrere Hohlraumresonatoren erregen, so daß dort Energie an den Elektronenstrahl abgegeben wird, während die Erregung benachbarter Hohlraumresonatoren nur schwach ist. An der Stelle, an der der Strahl wieder Energie an die Wechselwirkungsstrecke abgibt, kann ein ähnlicher Bereich aus Hohlraumresonatoren definiert werden.

Die erfindungsgemäße Laufzeitröhre kann für Vorwärtswellen- und für Rückwärtswellenbetrieb angepaßt werden. Je nachdem, ob das Eingangssignal vorwärts oder rückwärts läuft, wird der logarithmische Faktor kleiner oder größer als 1. Wählt man einen Rückwärtswellenaufbau, bei dem die Wechselwirkungsstrecke am Kathodenende klein ist und zum Kollektor hin immer größer wird, wird der logarithmisch-periodische Faktor ρ größer als 1.

Man erhält erfindungsgemäß die besten Ergebnisse, wenn man den logarithmisch-periodischen Faktor ρ auf die beiden Wechselwirkungsstrecken mit Ausnahme der Abschlußstücke anwendet. Der logarithmisch-periodische Faktor braucht jedoch für die beiden Wechselwirkungsstrecken oder auch in einer einzelnen Wechselwirkungsstrecke nicht der gleiche zu sein. Wenn man beispielsweise eine Wechselwirkungsstrecke aus Hohlraumresonatoren aufbaut, die jeweils abwechselnd miteinander gekoppelt sind, können auf die abwechselnd miteinander gekoppelten Hohlraumresonatoren unterschiedliche logarithmische Faktoren angewendet werden. Bei den dargestellten Ausführungsformen der Erfindung können auch auf einzelne Wechselwirkungsabschnitte unterschiedliche logarithmische Faktoren angewendet werden. Für das Gesamtverhalten der erfindungsgemäßen Laufzeitröhren sind auch geringe Änderungen des logarithmischen Faktors von Bedeutung, der beispielsweise zwischen 0,9 und 1,0 liegen kann. Bei einer erfindungsgemäßen Laufzeitröhre wurde ein logarithmischer Faktor von 0,925 verwendet. Bevorzugte Werte liegen zwischen 0,90 und etwa 0,95.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Laufzeitröhre für ein breites Frequenzband, bestehend aus einem Elektronenstrahlerzeugersystem, einer Auffangelektrode, einer Fokussieranordnung zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahls über eine größere Wegstrecke und mit Ein- und Auskoppelvorrichtungen versehenen, mit dem Elektrodenstrahl gekoppelten Wechselwirkungsstrecken, die in einer Mehrzahl von Bereichen unterteilt sind, deren elektrische Eigenschaften bei unterschiedlichen Frequenzen gleich sind, wobei diese Frequenzen innerhalb des vorgegebenen Frequenzbandes in räumlich aufeinanderfolgenden Bereichen stetig ansteigen oder abnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unabhängige Wechselwirkungs-

strecken vorgesehen sind, deren Bereiche derart ausgebildet sind, daß beim Durchlaufen der Wechselwirkungsstrecken (116, 116'; 125, 125') die elektrischen Eigenschaften der aufeinanderfolgenden Bereiche sich mit dem Logarithmus der Frequenz periodisch wiederholen und die beiden Wechselwirkungsstrecken koaxial derart zueinander angeordnet sind, daß die Bereiche, bei denen sich die wiederholenden elektrischen Eigenschaften bei der höchsten Frequenz des vorgegebenen Frequenzbandes einstellen, einander zugewandt sind.

2. Laufzeitröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecken kegelstumpfförmig ausgebildet sind und mit ihren verjüngten Enden einander zugewandt sind.

3. Laufzeitröhre nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Enden der beiden Wechselwirkungsstrecken durch ein zylindrisches Zwischenstück (117) miteinander verbunden sind.

4. Laufzeitröhre nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide der beiden Wechselwirkungsstrecken als Verzögerungsleitung (116, 116') ausgebildet sind.

5. Laufzeitröhre nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide der beiden Wechselwirkungsstrecken aus Hohlraumresonatoren aufgebaut sind.

6. Laufzeitröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung eine Wendelleitung (116) ist.

7. Laufzeitröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung eine Doppelkammleitung (125) ist.

8. Laufzeitröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (119) des zwischen den beiden Wechselwirkungsstrecken angeordneten zylindrischen Zwischenstücks zur Halterung der Wechselwirkungsstrecken dient.

9. Laufzeitröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (119) der beiden Wechselwirkungsstrecken (116, 116') für jede Wechselwirkungsstrecke ein Abschlußglied (117, 117') aufweist.

10. Laufzeitröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmigen Wechselwirkungsstrecken (116, 116') derart zueinander angeordnet sind, daß die Spitzen der zu einem vollen Kegel ergänzten Kegelstümpfe in einem gemeinsamen Punkt liegen.

11. Laufzeitröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Vorwärtswellenverstärker.

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