DE1541929C - Run-time tubes for a broad frequency 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 einer mit Ein- und Auskoppelvorrichtungen versehenen, mit dem Elektronenstrahl verkoppelten Wechselwirkungsstrecke. Die Wechselwirkungsstrecke ist in eine Mehrzahl von Bereichen unterteilt, deren elektrische Eigenschaften bei unterschiedlichen Frequenzen gleich sind, wobei diese Frequenzen innerhalb des vorgegebenen Frequenzbandes in räumlich aufeinanderfolgenden Bereichen stetig ansteigen oder abnehmen.The invention relates to a time-of-flight tube for a wide frequency band, consisting of a Electron gun system, a collecting electrode, a focusing arrangement for bundled Guiding an electron beam over a longer distance and one with coupling and decoupling devices provided, with the electron beam coupled interaction path. The interaction path is divided into a plurality of areas whose electrical properties are different Frequencies are the same, these frequencies being within the given frequency band steadily increase or decrease in spatially consecutive areas.

Es sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden, die Bandbreite von Mikrowellenröhren zu erhöhen. Insbesondere stellen Hochleistungsröhren wie Elektronenstrahlröhren, die mit Geschwindigkeits- und/oder Strahldichtenmodulation arbeiten und zu denen auch Klystrons und Wanderfeldröhren gehören, einen Kompromiß zwischen Ausgangsleistung und Bandbreite dar. Man kann beispielsweise mit einem bekannten Mehrkammerklystron Ausgangsleistungen von mehreren Megawatt erzielen, jedoch beträgt hierbei die relative Bandbreite höchstens 10%. Auf der anderen Seite sind die Ausgangsleistungen typischer Wanderfeldröhren, merklich niedriger, jedoch ist die nutzbare Bandbreite solcher Wanderfeldröhren höher. Man kann auch durch Kombination von Klystrons mit Wanderfeldröhren die Bandbreiten erhöhen. Man muß dann 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 Röhre, die ein breites Frequenzband besitzt und innerhalb dieses Frequenzbandes eine gleichmäßig hohe Ausgangsleistung abgibt. . . ■Significant efforts have been made to expand the bandwidth of microwave tubes to increase. In particular, high-performance tubes such as cathode ray tubes that use Velocity and / or radiance modulation work, as well as klystrons and traveling wave tubes include a compromise between output power and bandwidth. For example, Achieve output powers of several megawatts with a known multi-chamber klystron, but here the relative bandwidth is at most 10%. On the other hand, the output power of typical traveling wave tubes, noticeably lower, but the usable bandwidth of such traveling wave tubes is higher. One can Increase the bandwidths also by combining klystrons with traveling wave tubes. Then you have to but losses in other important parameters such as output power, frequency independence of the Accept output power, gain, etc. With the development of increasingly complex electronic Apparatus and systems, the need for a tube that is wide is growing all the time Frequency band and has a consistently high output power within this frequency band gives away. . . ■

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 Rjchtung 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. British Patent 961,964 describes a klystron amplifier tube which has four cavity resonators through which an electron beam passes one after the other. The resonance frequencies of successive cavity resonators rise steadily (monotonically) in one direction. The quality factor Q under load decreases at the low frequencies and then increases at the higher frequencies. The quality factors of all cavity resonators are therefore different from one another. The efficiency of this tube is different for the individual frequencies.

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.In the French patent specification 969 886 a time tube with helical cable is described, for which an increase in bandwidth to a maximum of twice the value is specified. At a Embodiment of this transit time tube with helical cable, the diameter of this helical cable increases in the direction from the electron gun to the collecting electrode.

Es ergab sich die Aufgabe, eine Laufzeitröhre zu schaffen, die ein breites Frequenzband besitzt und innerhalb dieses Frequenzbandes eine gleichmäßig hohe Ausgangsleistung abgibt. Eifindungsgeinäß wird diese Aufgabe bei einer Laufzeitröhre der eingangs uenamiten Art dadurch gelöst, daß die Bereiche der Wechselwirkiingsstrecki: derart ausgebildet sind und die Fokussieranordnung den Elektronenstrahl derart konisch zusammenlaufend bündelt, daß beim Durchlaufen der Wechselwirkungsstrecke die elektrischen Eigenschaften an den aufeinanderfolgenden Bereichen sich mit dem Logarithmus der Frequenz periodisch wiederholen.The task arose to create a time-of-flight tube that has a wide frequency band and emits an evenly high output power within this frequency band. FINDING GUIDE this object is achieved in a transit time tube of the initially named type in that the areas the interaction path: designed in this way and the focusing arrangement bundles the electron beam in such a way that they conically converge, that when passing through the interaction path, the electrical properties of the successive Areas repeat periodically with the logarithm of the frequency.

Nun hat man gefunden, daß die Anwendung des »logarithmisch-periodischen Prinzips« auf Wechselwirkungsstrecken und auf Elektronenstrahlen, dieIt has now been found that the application of the "logarithmic-periodic principle" to segments of interaction and on electron beams that

ίο solche Wechselwirkungsstrecken durchsetzen, auf Breitbandröhren von höherem Wirkungsgrad führt, die beispielsweise als Breitbandverstärkerröhren verwendet werden können. In dieser Beschreibung werden die Ausdrücke »lögarithmisch-periodisch« oderίο enforce such interaction paths on Broadband tubes of higher efficiency leads, for example, used as broadband amplifier tubes can be. In this description the terms "Lögarithmisch-periodisch" or

»auf iogarithmisch-periodische Weise« auf eine räumliche Folge von Bereichen einer Wechselwirkungsstrecke oder eines Elektronenstrahls angewendet, die so dimensioniert und angeordnet sind, daß sich ihre elektrischen Eigenschaften, ihre Impedanzen, periodisch mit dem Logarithmus der Betriebsfrequenz wiederholen, also beispielsweise mit der Frequenz des Eingangssignals. In anderen Worten ergibt sich dadurch, daß beim Auftragen der Frequenzen, bei denen sich die gleichen elektrischen Eigenschaften ergeben, auf einer Frequenzskala im logarithmischen Maßstab diese Punkte gleiche Abstände aufweisen."In a logarithmic-periodic way" on a spatial sequence of areas of an interaction path or an electron beam, which are dimensioned and arranged so that Their electrical properties, their impedances, repeat themselves periodically with the logarithm of the operating frequency, for example with the Frequency of the input signal. In other words it results from the fact that when applying the frequencies, which have the same electrical properties, on a frequency scale im logarithmic scale these points are equally spaced.

Die Erzeugung konisch verlaufender Elektronenstrahlen wurde bereits in dem Artikel »Focussing of Electron Beams in increasing Magnetic Field« (Fokussierung von Elektronenstrahlen in zunehmenden Magnetfeldern), in »Proc. 5th Internat'! Congress on Microwave Tubes«, Paris, September 1964, S. 342 bis 348, in allgemeiner theoretischer Form behandelt.The generation of conical electron beams has already been discussed in the article »Focussing of Electron Beams in Increasing Magnetic Field «(focusing of electron beams in increasing Magnetic fields), in »Proc. 5th boarding school! Congress on Microwave Tubes ", Paris, September 1964, pp. 342 to 348, treated in a general theoretical form.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist eine Anzahl von eingestülpten Hohlraumresonatoren mit einem Wechselwirkungsspalt auf, wie sie bei Mehrkammerklystrons üblich sind. Diese Hohlraumresonatoren sind in einer Reihe angeordnet.A preferred embodiment of the invention has a number of everted cavity resonators with an interaction gap, as are common with multi-chamber klystrons. These cavity resonators are arranged in a row.

Diese Hohlraumresonatorreihe wird von einem konisch zusammenlaufenden Elektronenstrahl durchsetzt, der mit den Hohlraumresonatoren in Wechselwirkung tritt. Die Größe der Hohlraumresonatoren und ihre Resonanzfrequenz nimmt vom Eingang zum Ausgang der Röhre laufend ab, und auch der Durchmesser des Elektronenstrahls wird zum Röhrenausgang hin laufend kleiner.This row of cavity resonators is penetrated by a conically converging electron beam, which interacts with the cavity resonators. The size of the cavity resonators and its resonance frequency decreases steadily from the entrance to the exit of the tube, and so does the The diameter of the electron beam becomes smaller and smaller towards the tube exit.

. Der Ausdruck »logarithmisch-periodisch« wird entweder auf die Wechselwirkungsstrecke, den Elektronenstrahl oder auf beides gemeinsam angewendet, wenn sich ihre charakteristischen Eigenschaften fortschreitend periodisch ändern. Diese Änderungen hängen in hohem Maße von den geometrischen Abmessungen ab. Betrachtet man beispielsweise ein Anzahl hintereinander angeordneter Hohlraumresonatoren, wie sie bei Klystrons üblich sind, so ist jeder Hohlraumresonator das genaue Ebenbild des nächstfolgenden Resonators, jedoch mit dem Unterschied, daß die maßgebenden Abmessungen aller Teile je nach Fall vergrößert oder verkleinert sind. Auch die Durchmesser und die Längen der Driftröhren zwischen zwei Hohlrauinresonatoren werden fortschreitend kleiner, und durch diese fortschreitenden Verkleinerungen aller Abmessungen werden auch die Breiten der Wediselwirkungsspalte immer kleiner. Verwendet man bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsfonn als Verzögerungsleitung eine Wendel, die ein Spczialfall einer perhulisclun Wechselwir-. The term "logarithmic-periodic" refers either to the interaction path, the electron beam or applied to both together as their distinctive properties progressively change change periodically. These changes depend to a large extent on the geometric dimensions away. If one considers, for example, a number of cavity resonators arranged one behind the other, As is customary with klystrons, every cavity resonator is the exact image of the next one Resonator, but with the difference that the decisive dimensions of all parts depending on enlarged or reduced depending on the case. Also the diameters and lengths of the drift tubes between two cavity resonators become progressively smaller, and through these progressive reductions of all dimensions, the widths of the wedge action gaps are also becoming smaller and smaller. If, in another advantageous embodiment, a helix is used as the delay line, which is a special case of a perhulistic interaction

kungsstrecke ist, so kann man beispielsweise die Durchmesser aufeinanderfolgender Windungen verringern und die Windungen dichter wickeln. Auch die Drahtdicke und die Querabmessungen können ebenfalls fortschreitend abnehmen. In beiden Fällen nimmt der Durchmesser des Elektronenstrahles in der gleichen Richtung wie der Durchmesser der Wechselwirkungsstrecke, ab. Andere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung weisen Hohlraumresonatoren und Verzögerungsleitungen auf. kungsweg, so you can, for example, reduce the diameter of successive turns and wrap the turns more tightly. The wire thickness and the transverse dimensions can also be also decrease progressively. In both cases the diameter of the electron beam increases in the same direction as the diameter of the interaction path. Other beneficial ones Refinements of the invention include cavity resonators and delay lines.

Im folgenden werden einzelne bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. .In the following, individual preferred embodiments of the invention in connection with the Drawings described. .

F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, die als logarithmisch-periodischer Klystronverstärker verwendet wird;F i g. 1 is a longitudinal section through an embodiment of the invention, which is called logarithmic-periodic Klystron enhancer is used;

F i g. 2 ist ein Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die ebenfalls ein logarithmisch-periodisches Mehrkammerklystron ist; _t F i g. Fig. 2 is a longitudinal section through a further embodiment of the invention, which is also a log-periodic multi-chamber klystron; _t

F i g. 3 zeigt das Phasen-Frequenz-Diagramm für die Ausführungsform nach F i g. 2;F i g. 3 shows the phase-frequency diagram for the embodiment according to FIG. 2;

Fig. 4 ist eine Abwandlung der Erfindung und j zeigt, wie das logarithmisch-periodische Prinzip auf eine Wanderfeldröhre mit einem Wendelleiter angewendet werden kann. · 'Fig. 4 is a modification of the invention and j shows how the logarithmic-periodic principle can be applied to a traveling wave tube with a helical conductor. · '

In der F i g. 1 ist dargestellt, wie das logarithmischperiodische Prinzip auf einen Klystronverstärker 10 angewendet werden kann. Der Klystronverstärker 10 weist eine Wechselwirkungsstrecke aus einer Anzahl koaxial angeordneter zylindrischer Hohlraumresonatoren auf. Die Hohlraumresonatoren 11 bis 18 sind innerhalb eines kegelstumpfförmigen Kolbenteils 27 der Röhre verteilt, während die untereinander gleichen Hohlraumresonatoren 19 bis 26 in einem zylindrischen Abschlußteil 28 des Röhrenkolbens augeordnet sind. Die Hohlraumsresonatoren 11 bis 18 innerhalb des kegelstumpfförmigen Kolbenteils 27 stellen eine logarithmische Progression dar, da die Betriebskennwerte der aufeinanderfolgenden Hohlraumresonatoren bezüglich ihrer Resonanz in geo- j metrischem Verhältnis abnehmen. In einer Ausführungsform der Erfindung wird die logarithmische Periodizität und die geometrische Progression in dem ,"^-. Sinne angewendet, daß jeder Hohlraumresonator das —^ Ebenbild desjenigen Hohlraumresonators ist, der in der Wechselwirkungsstrecke vor ihm angeordnet ist, j jedoch mit der Ausnahme, daß alle maßgebenden ! Abmessungen um einen konstanten Faktor verkleinert worden sind. Dieser Faktor soll mit »/>« bezeichnet werden. Diese logarithmische Periodizität mit geometrischer . Progression sollte über eine größere ; Anzahl von Hohlrauinresonatoren im Klystronver- ' stärker 10 fortgesetzt werden, und zwar nach Möglichkeit über mehr als drei Resonatoren. Wenn man den logarithmischen Faktor ρ auf den Resonatordurchmesser anwendet, erhält .man beispielsweise zuerst einen Resonator mit dem Durchmesser I₁. dem ein Resonator mit dem Durchmesser 0,9 folgt. Der darauffolgende Resonator hat dann einen Durchmesser von 0,81 usw. Den logarithmischen Faktor 3 So bzw. den Faktor der geometrischen Progression kann man dann als 0,9 definieren. Genausogut kann man sagen, daß längs der Wechselwirkimgsstrecke eine kontinuierliche Abnahme von K)¹Vo stattfindet.In FIG. 1 shows how the logarithmic periodic principle can be applied to a klystron amplifier 10. The klystron amplifier 10 has an interaction path from a number of coaxially arranged cylindrical cavity resonators. The cavity resonators 11 to 18 are distributed within a frustoconical piston part 27 of the tube, while the mutually identical cavity resonators 19 to 26 are arranged in a cylindrical end part 28 of the tube piston. The cavity resonators 11 to 18 within the frustoconical piston part 27 represent a logarithmic progression, since the operating characteristics of the successive cavity resonators with respect to their resonance decrease in a geometrical relationship. In one embodiment of the invention, the logarithmic periodicity and the geometric progression are used in the sense that each cavity resonator is the image of that cavity resonator which is arranged in front of it in the interaction path, but with the exception that all relevant dimensions have been reduced by a constant factor. This factor is to be denoted by "/>". This logarithmic periodicity with geometric progression should be continued over a larger number of cavity resonators in the klystron amplifier 10, namely after Possibility of more than three resonators. If one applies the logarithmic factor ρ to the resonator diameter, one obtains, for example, first a resonator with the diameter I _1, followed by a resonator with the diameter 0.9. The subsequent resonator then has a diameter of 0.81 etc. The logarithmic factor 3 So or the factor of the geomet ric progression can then be defined as 0.9. One can just as well say that there is a continuous decrease in K) ¹ Vo along the interaction path.

F.ine andere vorteilhafte Ausgestaltung bestellt darin, die Resonatoren 11 bis 18 der logarilliinisdiperiodisclien Wedisehvirkiingsstrecke paarweise mit cenieiiisameii Zwisdieinsiinden 2') bis }h /11 versehen, die fortschreitend geringere Durchmesser aufweisen. Da die Durchmesser dieser Zwischenwände und auch ihr gegenseitiger Abstand fortschreitend kleiner werden, nimmt der Wandteil 37, der die HoIiI-raumresonatoren seitlich begrenzt, als Rotationsfläche die Form eines Kegelstumpfes an. Diese konische Verjüngung des Wandteils 37, die in der F i g. 1 übertrieben stark dargestellt ist, beinhaltet, daß von einem großen Durchmesser am Eingangsende 38 des Klystronverstärkers 10 ausgegangen wird und daß dann der Durchmesser zum Ausgangsende 39 des Klystronverstärkers 10 hin immer kleiner wird. Jeder Hohlraumresonator kann schrittweise kleiner als der von ihm angeordnete Hohlraumresonator sein, so daß der Wandteil 37 aus einer Reihe kurzer zylindrischer Abschnitte bestehen kann, durch die ein glatter Kegelstumpf auf die gleiche Weise approximiert wird, wie man eine beliebig gekrümmte Kurve oder einen Kreis durch eine Folge gerader Linienstücke annähern kann. Diese Approximation bezieht sich nur auf die äußere Gestalt, da die schrittweise·Verkleinerung der Dimensionen in einer geometrischen Progression erfolgt.Another advantageous embodiment is to provide the resonators 11 to 18 of the logarilliinisdiperiodisclien Wedisehvirkiingsabschnitt in pairs with cenieiiisameii Zwisdieinsiinden 2 ') to } h / 11, which have progressively smaller diameters. Since the diameter of these intermediate walls and their mutual spacing become progressively smaller, the wall part 37, which laterally delimits the hollow space resonators, assumes the shape of a truncated cone as a surface of revolution. This conical tapering of the wall part 37, which is shown in FIG. 1 is shown exaggerated, implies that a large diameter is assumed at the input end 38 of the klystron amplifier 10 and that the diameter then towards the output end 39 of the klystron amplifier 10 becomes smaller and smaller. Each cavity resonator can be progressively smaller than the cavity resonator arranged by it, so that the wall part 37 can consist of a series of short cylindrical sections by which a smooth truncated cone is approximated in the same way as an arbitrarily curved curve or circle is approximated by a Can approximate a series of straight lines. This approximation relates only to the external shape, since the gradual reduction of the dimensions takes place in a geometric progression.

Die geometrische Progression beinhaltet auch, daß die Anzahl der Hohlraumresonatoren pro Längeneinheit der WechselwirKungsstrecke vom Eingangsende 38 aus zum Ausgangsende 39 der Röhre hin zunimmt. So nimmt beispielsweise der axiale Abstand zwischen den Zwischenwänden der Hohlrauinresonatoren zum Ausgangsende 39 hin laufend ab. Der axiale Abstand zwischen den Zwischenwänden 30 und 31 ist beispielsweise kleiner als der axiale Abstand zwischen den Zwischenwänden 29 und 30.The geometric progression also implies that the number of cavity resonators per unit length the distance of interaction increases from the input end 38 to the output end 39 of the tube. For example, the axial distance between the intermediate walls of the cavity resonators increases towards the exit end 39 continuously. The axial distance between the partitions 30 and 31 is, for example, smaller than the axial distance between the intermediate walls 29 and 30.

Die Hohlraumresonatoreh 11 bis 18 werden durch kurze koaxial angeordnete Rohrstücke 40 bis 48 vervollständigt, die als Driftröhren arbeiten, wie es bei Hohlraumresonatoren für Klystrons üblich ist. Diese Driftröhren weisen alle voneinander einen gewissen Abstand auf, so daß die bekannten Wechselwirkiingsspalte 49 bis 56 entstehen. Die Driftröhren 40 bis 48 sind als kurze Kegelstümpfe ausgebildet,, so daß sie einen Kanal für den Elektronenstrahl 57 bilden, der sich konisch verjüngt. Die konische Verjüngung des Elektronenstrahlkanals 57 folgt wieder dem logarithmisch-periodischen Prinzip, wie es in Verbindung mit den Hohlraumresonatoren 11. bis 18 beschrieben wurde. Man kann die Driftröhren jedoch auch als kurze Zylinderstücke ausbilden, deren Durchmesser nach einer geometrischen Progression abnehmen, so daß sie zusammen den konisch sich verjüngenden Elektronenstrahlkanal 57 annähern. Das Prinzip der geometrischen Progression wird auch auf die Wechselwirkungsspalte 49 bis 56 angewendet, die durch' zwei sich gegenüberstehenden Driftröhren gebildet sind. Diese Spalte werden nämlich auf das Ausgangsende 39 der Röhre zu imnier kleiner. Die laufende Abnahme der Spaltbreite erfolgt nach einer geometrischen Progression auf die gleiche Weise wie die Abnahme der Resonatorabmessungen.The cavity resonators 11 to 18 are completed by short coaxially arranged pipe pieces 40 to 48, which work as drift tubes, as is common in cavity resonators for klystrons. This Drift tubes all have a certain distance from one another, so that the known interaction gaps 49 to 56 arise. The drift tubes 40 to 48 are designed as short truncated cones, so that they form a channel for the electron beam 57 which tapers conically. The conical taper of the Electron beam channel 57 follows again the logarithmic-periodic principle, as it is in connection with the cavity resonators 11 to 18 has been described. You can also use the drift tubes as a form short cylinder pieces, the diameter of which decreases according to a geometric progression, so that they together approximate the conically tapered electron beam channel 57. The principle of geometric progression is also applied to the interaction gaps 49 to 56, which are defined by ' two opposing drift tubes are formed. These columns are namely on the output end 39 the tube to imnier smaller. The continuous decrease in the gap width takes place according to a geometric Progression in the same way as the decrease in cavity dimensions.

Wenn man die Dimensionen von 'Hohlrauinresonatoren in einer geometrischen Progression'"laufend abnehmen läßt, so stößt man bald auf eine sehr große Anzahl sehr kleiner Abmessungen. So wird beispieN-weise in der Spitze einer sich verjüngenden Wechsel· wirkungsstrccke aus Hohlraumresonatoien die Anzahl der Resonatoren beliebig groß, während die Abmessungen dieser Resonatoren thenivli-i.li seilen Null lichen. Wenn jeslodi die Aii'nhl (.Lt llelilrauniivso-If one considers the dimensions of 'cavity resonators in a geometrical progression' "continuously can decrease, one soon encounters a very large one Number of very small dimensions. So is example-wise in the apex of a tapering interaction stretch of cavity resonators the number the resonators of any size, while the dimensions of these resonators thenivli-i.li ropes zero lichen. When jeslodi the Aii'nhl (.Lt llelilrauniivso-

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natorcn unverhältnismäßig groß und ihre Abmes- zur Eingangswandung 88 und zum Elektronenstrahlsungen unverhältnismäßig klein werden, wird der kanal 57 konzentrisch angeordnet ist. Das zylin-Wirkungsgrad sehr stark herabgesetzt, und man er- drische Isolierstück 87 ist an der Eingangswandung reicht sehr bald einen Punkt, der einen Kompromiß 88 angesetzt, die gleichzeitig die eine Wandung des darstellt, an dem die Röhre 10 und die Wechsehvir- 5 Hohlraumresonators 11 ist. Das zylindrische Isolierkungsstrecke aus den Hohlraumresonatoren abge- stück 87 ist außen von einer Stirnwand 89 verschlossen werden müssen. Dieser Punkt liegt an schlossen, an der die eigentliche Kathode 90 der einer Stelle, die sich merklich vor der Spitze der ko- Elektronenkanone 85 gehaltert ist. Die Kathode 90 nisch zusammenlaufenden Wechselwirkungsstrccke ist auf bekannte Weise ausgebildet. Sie weist einen befindet. Dadurch wird es aber erforderlich, die io Elektronenemitter auf, der üblicherweise aus einer Wechselwirkungsstrecke derart abzuschließen, daß Frilte aus einem hochwarmfesten Metall bestellt, die die Findverluste und andere störende Einflüsse ver- mit einer Bariumverbindung getränkt ist. Die elekniindert werden, die durch die große Anzahl unver- tronenemittierende Fläche ist in Fig. 1 mit 91 beliältnismäßig kleiner Holilraumresonatoren bedingt zeichnet worden. Die Fläche 91 ist konkav ausgebilsind. . 15 det. Ihr Durchmesser ist gleich oder größer als dernators disproportionately large and their dimensions to the entrance wall 88 and to the electron beams become disproportionately small, the channel 57 is arranged concentrically. The zylin efficiency very much reduced, and one earth insulating piece 87 is on the entrance wall will soon reach a point that sets a compromise, which at the same time forms one wall of the represents where the tube 10 and the Wechselehvir- 5 cavity resonator 11 is. The cylindrical insulating section 87 is cut off from the cavity resonators and is closed on the outside by an end wall 89 Need to become. This point is connected to the actual cathode 90 of the a place which is held noticeably in front of the tip of the ko electron gun 85. The cathode 90 The converging interaction path is formed in a known manner. She shows you is located. This makes it necessary, however, to put the electron emitter on, which usually consists of a To complete the interaction path in such a way that Frilte ordered the loss of discovery and other disruptive influences is soaked in a barium compound. The elekniüsten The area emitting unconfirmed by the large number is 91 in FIG. 1 according to the volume small hollow space resonators have been conditionally drawn. The surface 91 is concave. . 15 det. Their diameter is equal to or greater than that

Man kann den Kolbenteil 27 der Röhre 10, der ko- Durchmesser des Elektronenstrahlkanals. Die FlächeOne can see the piston part 27 of the tube 10, the ko diameter of the electron beam channel. The surface

nisch ausgebildet dargestellt ist, dadurch abschließen, 91 wird durch einen kurzen Zylinderstutzen 92 ge-niche is shown, thereby terminating, 91 is formed by a short cylinder connector 92

daß man ihn noch vor der Spitze des Konus .an einer hahert, der an der Stirnwand 89 befestigt ist. Hinterthat one hahert it before the tip of the cone .an one that is attached to the end wall 89. Behind

Stelle abschneidet, an der die Hohlraumresonatoren der elektronenmittierenden Fläche 91 ist ein Heiz-Cut off point at which the cavity resonators of the electron-emitting surface 91 is a heating

der Wechselwirkungsstrecke bestimmte Mindest- 20 element 93 angeordnet, mit dem die eigentlichethe interaction path certain minimum 20 element 93 arranged with which the actual

cliniensionen unterschreiten. Dieses wird an anderer Kathode bis auf Emissionstemperatur aufgeheiztfalling short of cliniensions. This is heated up to the emission temperature at the other cathode

Stelle vorgeschlagen. Man kann diesen Abschluß aber wird. Die Anschlußverbindungen für das HeizelementProposed position. You can get this degree though. The connection connections for the heating element

auch durch einen weiteren kegelförmig zusammen- 93 sind mit 94 bezeichnet. Sie gehen isoliert durch93 are denoted by 94 by a further conical shape. They go through in isolation

laufenden Teil vornehmen, in dem eine Anzahl von die Stirnwand 89 hindurch und werden mit einerMake running part in which a number of the end wall 89 through and are with a

Hohlraumresonatoren untergebracht sind, die sich in 25 Stromquelle wie beispielsweise mit einer Batterie 95Cavity resonators are housed in a 25 power source such as a battery 95

ihrem Durchmesser unterscheiden, sonst aber iden- verbunden.
tisch sind. Um die eigentliche Kathode 91 herum ist eindiffer in their diameter, but otherwise identically connected.
are table. Around the actual cathode 91 is a

I£in besonders günstiger Abschluß ergibt sich, Fokussierungsteil 96 angeordnet, der bei 97 nachI £ in a particularly favorable conclusion results, the focusing part 96 is arranged at 97 after

wenn man einen kurzen Zylinder 28 verwendet, in außen breiter wird. Dieser Fokussierungsteil 96 istif a short cylinder 28 is used, it becomes wider on the outside. This focusing part 96 is

dem eine Anzahl von untereinander gleichen Hohl- 30 elektrisch mit der Stirnwand 89 verbunden. Den Ein-to which a number of mutually identical hollow 30 electrically connected to the end wall 89. The one

raumr'csonatorcn angeordnet ist. Die Anzahl der gang des Elektronenstrahlkanals 57 bildet ein kreis-Raumr'csonatorcn is arranged. The number of turns of the electron beam channel 57 forms a circular

Hohlraumrcsonatoren in dem Abschlußzylinder 28 ist ringförmiger Block 98. der konzentrisch zur eigent-Hohlraumrcsonatoren in the closing cylinder 28 is ring-shaped block 98. which is concentric to the actual

iiblicherweise geringer als die Anzahl der Hohlraum- liehen Kathode 91 und konzentrisch zum Elektronen- ,Usually less than the number of hollow cathode 91 and concentric to the electron,

resonatoren in dem kegelförmigen Teil 27. Sie kann Strahlkanal 57 angeordnet ist. Der Fokussierungsteilresonators in the conical part 27. You can beam channel 57 is arranged. The focusing part

jedoch auch gleich oder größer sein. 35 96 und der kreisringförmige- Block 98 bzw. ihrehowever, it can also be the same or greater. 35 96 and the annular block 98 or their

An der Ubergangslinie zwischen den beiden Wand- Oberflächen 97 und 99 sind derart ausgebildet, daß teilen 27 und 28 kann entweder eine gemeinsame das elektrische Feld zwischen ihnen den Elektronen-Seitenwand zweier Hohlraumresonatoren wie bei- strahl fokussiert, so daß der Elektronenstrahl in der spielsweise die Seitenwand 37 angeordnet sein oder gewünschten Geometrie in den Elektronenstrahlkanal aber das Volumen eines Hohlraumresonators. Das 40 57 eintritt.At the transition line between the two wall surfaces 97 and 99 are designed in such a way that 27 and 28 can either share a common electrical field between them the electron side wall of two cavity resonators such as beam focused, so that the electron beam in the example Side wall 37 can be arranged or desired geometry in the electron beam channel but the volume of a cavity resonator. That 40 57 enters.

hängt von der Anzahl der verwendeten Resonatoren Der Kollekor86 und die restlichen Teile desdepends on the number of resonators used The Kollekor86 and the remaining parts of the

sowie von ihrer Anordnung ab. Es ist wünschens- Klystrons 10 sind elektrisch leitend ausgebildet. Wennas well as their arrangement. It is desirable that klystrons 10 are electrically conductive. When

wert, daß der letzte Hohlraumresonator im kurzen man daher die Stirnwand 89 mit dem negativen Polworth the fact that the last cavity resonator in the short one therefore the end wall 89 with the negative pole

Zylinderteil 28 durch die gedachte Spitze 84 des ko- und die Wechselwirkungsstrecke nebst dem KollektorCylinder part 28 through the imaginary tip 84 of the co- and the interaction path in addition to the collector

nisch zusammenlaufenden Wandteils 27 hindurch- 45 mit dem positiven Pol einer Batterie 100 verbindet,nich converging wall part 27 through 45 connects to the positive pole of a battery 100,

geht. Das ist durch den Schnittpunkt der beiden werden die Elektronen, die von der Kathode 91goes. That is by the intersection of the two will be the electrons coming from the cathode 91

Konuslinien 82 und 83 angedeutet. Diese beiden emittiert werden, vom elektrischen Feld zwischenConical lines 82 and 83 indicated. These two are emitted by the electric field between

Konuslinien sind den Verlängerungen des konischen dem Fokussierteil 96 und dem kreisringförmigenConical lines are the extensions of the conical focusing part 96 and the circular ring-shaped

Wandteils 27 äquivalent und definieren die gedachte Block 98 fokussiert, so daß diese Elektronen alsWall part 27 equivalent and define the imaginary block 98 focused, so that these electrons as

Kegelspitze 84 durch ihren Schnittpunkt. Man sieht 50 Elektronenstrahl 101 den Kanal 57 entlanglaufen undCone tip 84 through its point of intersection. One sees 50 electron beam 101 running along the channel 57 and

beispielsweise in Fig. 1. daß die gedachte Kegel- im Kollektor86 aufgefangen werden. Der Kollektorfor example in Fig. 1. that the imaginary cone in the collector 86 are collected. The collector

spitze 84 durch die letzte Stirnwand 65 des Hohl- 86 kann als Metallblock mit einer AuffängeröffnungPoint 84 through the last end wall 65 of the hollow 86 can be made as a metal block with a catcher opening

raiimresonators 26 hindurchgeht. 102 ausgebildet und außerdem mit Kühlvorrichtun-raiimresonators 26 passes through. 102 and also with cooling device

Um durch den Elektronenstrahlkanal 57 einen gen versehen sein, wie es üblich ist.
Elektronenstrahl hindurchführen zu können, ist am 55 Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist darin Eingangsende 38 des Klystrons 10 eine Elektronen- zu erblicken, daß sich die Wechselwirkungseigenkanone 85 angeordnet. Am Ausgangsende 39 des schäften des Elektronenstrahls 101 mit dem Teil 27 Klystrons 10 ist dagegen ein an sich bekannter EIek- der Wechselwirkungsstrecke vom Eingangsende 38 tronenkollektor 86 vorgesehen. Die in Fig. 1 darge- aus zum Ausgangsende39 des Klystrons 10 hin loga- , •stellte Elektronenkanone ist nur ein Beispiel für zahl- 60 rithmisch-periodisch ändern. Diese logarithmisch-¹ reiche brauchbare Kathoden dieser Art. Eine andere periodischen Wechselwirkungseigenschaften des Elekbrauchbare Kathode ist in der USA.-Patentschrift tronenstrahls 101 beinhalten einmal die Wechselwir-3 046 442 beschrieben. Weiterhin sei in diesem Zu- kung des Elektronenstrahls mit der Wechselwirkungssammenhang auf das Buch »Theory and Design of strecke im gesamten, im besonderen im Vergleich mit Electron Beams« von J. R. Pierce verwiesen, das 65 einem zylindrisch ausgebildeten Elektronenstrahl in im Verlag Nostrand Co., Inc., New York, N. Y., einer zylindrischen Wechselwirkungsstrecke, und zu-1949, erschienen ist. Die Elektronenkanone nach sätzlich die Wechselwirkungseigenschaften der ein-F i g. 1 weist ein zylindrisches Isolierstück 87 auf, das zelnen Strahlabschnitte mit den aufeinanderfolgendenTo be provided with a gene through the electron beam channel 57, as is customary.
An essential feature of the invention is to be able to see the entrance end 38 of the klystron 10 of an electron beam that the self-interaction gun 85 is arranged. At the output end 39 of the shaft of the electron beam 101 with the part 27 of the klystron 10, on the other hand, a known electrode of the interaction path from the input end 38 of the electron collector 86 is provided. In Fig. 1 from the ones shown, LOGA Ausgangsende39 of the klystron 10 out • placed electron gun is only change logarithmically-periodic one example of numerous 60th This logarithmically ¹ rich useful cathode of this kind. Another periodic interaction properties of the cathode is Elekbrauchbare include in the USA. Patent tronenstrahls 101 once the interactions-3046442 described. Furthermore, in this connection with the electron beam and its interaction, reference should be made to the book "Theory and Design of Strecke as a whole, in particular in comparison with Electron Beams" by JR Pierce, which contains a cylindrically shaped electron beam published by Nostrand Co., Inc., New York, NY, a cylindrical interaction series, and to -1949. The electron gun according to additionally the interaction properties of the one-F i g. 1 has a cylindrical insulating piece 87, the individual beam sections with the successive

Hohlraumresonatoren der Wechselwirkungsstrecke. Diese logarithmisch-periodischen Wechselwirkungseigenschaften werden dadurch hervorgerufen, daß man · den Elektronenstrahl 101 konisch zusammenlaufend ausbildet. Der. Elektronenstrahl 101 weist einen konisch zusammenlaufenden Strahlabschnitt auf, dessen in gleichmäßigen Abständen gemessenen . Querschnitte progressiv abnehmende Durchmesser aufweisen. Diese Abnahme der Durchmesser erfolgt auf die gleiche Weise, die bereits in Verbindung mit den Durchmessern der Trennwände 29 bis 36 in dem konisch zusammenlaufenden Abschnitt 27 der Wechselwirkungsstrecke beschrieben worden ist.Cavity resonators of the interaction path. These logarithmic-periodic interaction properties are caused by the fact that the electron beam 101 is designed to converge conically. The. Electron beam 101 points a conically converging beam section, whose measured at regular intervals . Cross-sections have progressively decreasing diameters. This decrease in diameter occurs in the same way already in connection with the diameters of the partitions 29 to 36 in the conically converging section 27 of the interaction path has been described.

Es sei bemerkt, daß der konisch zusammen-" laufende Elektronenstrahl, wie er beschrieben wurde, für sich allein das logarithmisch-periodische Prinzip nicht beinhaltet, da eine Definition von Strahlabschnitten vorgegebener Länge nicht gegeben ist. Das logarithmisch-periodische Prinzip kommt aber zum Tragen, wenn der Elektronenstrahl denjenigen Abschnitt der Wechselwirkungsstrecke durchsetzt, dessen Abmessungen nach einer geometrischen Progression kleiner werden. Innerhalb dieses Ab-/. schnittes der Wechselwirkungsstrecke läßt sich jedoch das logarithmisch-periodische Prinzip und das Prinzip der geometrischen Progression durch die getrennte Betrachtung aufeinanderfolgender Querschnitte durch die Wechselwirkungsstrecke und den Strahl ableiten, da solche Querschnitte Strahl-. abschnitte begrenzen, deren Durchmesser und Länge immer kleiner werden. Um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, kann man die konisch zusammenlaufende Form des Elektronenstrahls auch anders annähern. Man kann beispielsweise den Elektronenstrahl aus verschieden kurzen axialen Strahlabschnitten zusammensetzen oder dafür sorgen, daß die Elektronenkonzentration in den verschiedenen Strahlabschnitten unterschiedlich wird. Wichtig ist nur, daß insgesamt die gleiche Wirkung wie mit einem konisch zusammenlaufenden Elektronenstrahl erzielt wird.It should be noted that the conically converging electron beam as described by itself the logarithmic-periodic principle is not included, since there is no definition of beam sections of a given length. The logarithmic-periodic principle comes into play when the electron beam is the one Section of the interaction path interspersed, its dimensions according to a geometric Progression get smaller. Within this from /. However, the section of the interaction path can be the logarithmic-periodic principle and the principle of geometric progression through the separated Consideration of successive cross-sections through the interaction path and the Derive beam, since such cross-sections are beam-. Limit sections, their diameter and length getting smaller and smaller. In order to achieve the desired results, one can use the conical Also approximate the shape of the electron beam differently. For example, one can use the electron beam composed of different short axial beam sections or ensure that the Electron concentration in the different beam sections is different. It is only important that overall the same effect is achieved as with a conically converging electron beam.

Im Abschnitt 28 der Wechselwirkungsstrecke, der für den richtigen Abschluß der Wechselwirkungsstrecke sorgt, braucht der Elektronenstrahl nicht mehr konisch zusammenzulaufen. Innerhalb des j kegelstumpfförmig ausgebildeten Teils 27 der Wechselwirkungsstrecke sollte jedoch auch der Elektronenstrahl konisch zusammenlaufend ausgebildet sein. Der konische Teil des Elektronenstrahls sollte zumindest so lang wie drei hihtereinanderliegende Hohlraumresonatoren im Teil 27 der Wechselwirkungsstrecke sein. Noch besser ist es, wenn der konisch zusammenlaufende Teil des Elektronenstrahls so lang wie der gesamte konische Teil der Wechselwirkungsstrecke ist. Um den Wirkungsgrad, die Verstärkung und die Bandbreite möglichst groß zu machen, sollten die logarithmisch-periodischen Faktoren ρ für den Strahl und für die Wechselwirkungsstrecke etwa gleiche Werte aufweisen, und außerdem sollte der Elektronenstrahl den Elektronenstrahlkanal'innerhalb der Wechselwirkungsstrecke praktisch vollständig ausfüllen. Man kann den Faktor ρ im Elektronenstrahl aber auch kleiner machen.
• Wie man den Querschnitt eines Elektronenstrahls ändern oder einem Elektronenstrahl eine konisch zusammenlaufende Gestalt geben kann, ist bekannt. Hierzu kann man den Elektronenstrahl elektro- oder magnetostatisch fokussieren. Man kann aber auch eine elektromagnetische Fokussierung oder eine Fokussierung durch andere elektrische Felder durchführen, durch die der Querschnitt des Elektronenstrahls die gewünschte Form erhält. In einer Ausführungsform der Erfindung wird zum Fokussieren eine Spule 103 verwendet, die sich den ganzen Elektronenstrahlkanal 57 entlang erstreckt. Die Spule 103 weist einen konischen Teil 104 auf, der den konisch zusammenlaufenden Teil 27 des Klystronverstärkers 10 umgibt. Der andere Teil 105 der ίο Spule 103.ist zylindrisch ausgebildet und umgibt den Teil 28 der Wechselwirkungsstrecke. Außerdem wird auch die Anzahl der Windungen oder die Windungsdichte im konischen Teil der Spule 103 geändert, um . dem Elektronenstrahl 101 genau die konische Form zu geben, die gewünscht wird. Die Windungsdichte im Spulenabschnitt 104 steigt auf einen Maximalwert an, der beim Übergang zum Spulenabschnitt 105 liegt. Von dort an läuft der Elektronenstrahl unter der Wirkung eines homogenen Magnetfeldes zylindrisch weiter. Wenn man eine Magnetspule verwendet, kann man die Spule selbst zusammenlaufen lassen oder konisch ausbilden, um das Magnetfeld in Übereinstimmung mit der gewünschten konischen Form des Elektronenstrahls fortlaufend stärker zu machen. Man kann beispielsweise eine konisch oder eine zylindrisch ausgebildete Spule verwenden, in der die Windungszahlen oder die Windungsdichte auf ein Ende des Klystrons hin laufend zu- oder abnehmen. Die Fokussierung durch Permanentmagnete ist nach der Erfindung ebenfalls möglich. Hierzu kann man einen oder mehrere Magnete an der Achse des Klystrons entlang anordnen, so daß die magnetischen Feldstärken auf ein Ende der Röhre hin anwachsen. Man kann aber auch eine Anzahl von Elektromagneten, Permanentmagneten, elektrostatischen Linsen oder Kombinationen daraus verwenden, um dem Elektronenstrahl eine konische Gestalt zu geben, beispielsweise derart, daß der Durchmesser des Elektronenstrahls im zylindrischen Teil 28 der Wechsel-Wirkungsstrecke ein Viertel des Elektronenstrahldurchmessers am Eingang in die Driftröhre 40 beträgt. Man kann auch eine Reihe von Fokussierungsvorrichtungen verwenden, durch die der konusförmige Verlauf des Elektronenstrahls durch eine Folge gerader Linien oder durch eine Anzahl gekrümmter Kurvenstücke angenähert wird.In section 28 of the interaction path, which ensures the correct termination of the interaction path, the electron beam no longer needs to converge conically. J within the frustoconical portion 27 of the interaction path, however, the electron beam should be formed conically convergent. The conical part of the electron beam should be at least as long as three cavity resonators lying one behind the other in part 27 of the interaction path. It is even better if the conically converging part of the electron beam is as long as the entire conical part of the interaction path. In order to make the efficiency, the amplification and the bandwidth as large as possible, the logarithmic-periodic factors ρ for the beam and for the interaction path should have approximately the same values, and in addition the electron beam should practically completely fill the electron beam channel within the interaction path. However, the factor ρ in the electron beam can also be made smaller.
• How one can change the cross-section of an electron beam or give an electron beam a conical shape is known. For this purpose, the electron beam can be focused electro- or magnetostatically. But you can also carry out an electromagnetic focusing or a focusing by other electrical fields, through which the cross section of the electron beam is given the desired shape. In one embodiment of the invention, a coil 103 which extends along the entire electron beam channel 57 is used for focusing. The coil 103 has a conical part 104 which surrounds the conically converging part 27 of the klystron amplifier 10. The other part 105 of the coil 103 is cylindrical and surrounds part 28 of the interaction path. In addition, the number of turns or the winding density in the conical part of the coil 103 is also changed to. to give the electron beam 101 exactly the conical shape that is desired. The winding density in the coil section 104 increases to a maximum value which is at the transition to the coil section 105. From there on, the electron beam continues cylindrically under the effect of a homogeneous magnetic field. When using a magnetic coil, the coil itself can be converged or conical to make the magnetic field progressively stronger in accordance with the desired conical shape of the electron beam. For example, a conical or cylindrical coil can be used in which the number of turns or the density of turns continuously increases or decreases towards one end of the klystron. Focusing by permanent magnets is also possible according to the invention. For this purpose, one or more magnets can be arranged along the axis of the klystron so that the magnetic field strengths increase towards one end of the tube. But you can also use a number of electromagnets, permanent magnets, electrostatic lenses or combinations thereof to give the electron beam a conical shape, for example in such a way that the diameter of the electron beam in the cylindrical part 28 of the alternating effective path is a quarter of the electron beam diameter at the entrance in the drift tube 40 is. It is also possible to use a number of focusing devices by means of which the conical course of the electron beam is approximated by a series of straight lines or by a number of curved curve segments.

Wenn man das logarithmisch-periodische Prinzip auf den Elektronenstrahl durch konusförmige Ausbildung des Strahles anwendet und wenn man zusätzlich einen konisch ausgebildeten Elektronenstrahlkanal verwendet, so zeigt es sich, daß das logarithmisch-periodische Prinzip alle wesentlichen Einzelteile der Röhre beherrscht, die zur Erzeugung und Ausgangsleistung zusammenwirken. Hierdurch wird der Wirkungsgrad und damit die Bandbreite des Klystrons größer. ■ ■ .If one applies the logarithmic-periodic principle to the electron beam by conical formation of the beam and if you also use a conical electron beam channel is used, it turns out that the logarithmic-periodic principle contains all essential individual parts of the tube, which work together to generate and output power. This will the efficiency and thus the bandwidth of the klystron is greater. ■ ■.

Um in den Klystronverstärker 10 Leistung einkoppeln oder aus dem Verstärker Leistung auskoppeln zu können, wird eine Übertragungsleitung 106 oder etwas Ähnliches verwendet. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Übertragungsleitung als elektrisch leitender Stab 107 ausgebildet, der durch die Trennwände der hintereinander angeordneten Hohlraumresonatoren im Klystronverstärker 10 hindurchgeht. Am Eingangsende 38 weist der Klystronverstärker 10 ein kurzes Rohrstück auf, durch das der Stab 107 hindurchgeht. Der Stab 107 ist von dem kurzen Rohrstück 108 durch einIn order to couple power into the klystron amplifier 10 or couple power out of the amplifier To be able to do this, a transmission line 106 or the like is used. In the embodiment According to Fig. 1, the transmission line is designed as an electrically conductive rod 107, through the partition walls of the cavity resonators arranged one behind the other in the klystron amplifier 10 passes through. At the input end 38, the klystron amplifier 10 has a short piece of pipe through which the rod 107 passes. The rod 107 is from the short pipe section 108 through a

109 638/145109 638/145

keramisches Fenster 109 elektrisch isoliert, das den Innenraum der Röhre vakuumdicht verschließt. Am Ausgangsende 39 des Klystronverstärkers 10 sind ebenfalls ein kurzes Rohrstück 108' und ein weiteres keramisches Fenster 109' vorgesehen. Der Stab 107 ist zweckmäßigerweise auch von den Trennwänden der Hohlraumresonatoren elektrisch isoliert, durch die der Stab hindurchgeht, so daß der Stab 107 vom Klyströnverstärker 10 völlig isoliert ist. An Stelle einer Übertragungsleitung kann man zum Ein- und Auskoppeln auch Koppelschleiferi verwenden.ceramic window 109 electrically insulated that the Seals the interior of the tube in a vacuum-tight manner. At the output end 39 of the klystron amplifier 10 are a short pipe section 108 'and another ceramic window 109' are also provided. The rod 107 is expediently also electrically isolated from the partition walls of the cavity resonators, through which the rod passes so that the rod 107 is completely isolated from the Klystron amplifier 10. On Coupling sliders can also be used in place of a transmission line for coupling and decoupling.

Zum Betrieb des erfindungsgemäßen Klystronverstärkers wird die Elektronenkanone 85 unter Strom gesetzt, so daß sie einen Elektronenstrahl erzeugt, der konisch zusammenlaufend durch die verschiedenen Hohlraumresonatoren und Wechselwirkungsspalte hindurch bis zum Röhrenkollektor 86 läuft. Nun wird dem Klystronverstärker 10 über den Stab 107 vom Kathodenende 38 her ein Eingangssignal vorgegebener Frequenz zugeführt. Der Stab 107 führt dieses Eingangssignal dem konisch zusammenlaufenden Abschnitt 27 der Wechselwirkungsstrecke zu, wo es bestimmte Bereiche in einem oder mehreren Hohlraumresonatoren erregt, deren Eigenfrequenzen der Frequenz des Eingangssignals benachbart sind. Nun findet in den Wechselwirkungsspalten die zu diesen Hohlraumresonatoren gehören, eine starke Wechselwirkung statt, wie es bei Klystrons üblich ist. Ein nachfolgender Bereich der Wechselwirkungsstrecke aus einem oder mehreren Hohlraumresonatoren nimmt die Energie aus dem Elektronenstrahl wieder auf und gibt sie als verstärkte Ausgangsenergie wieder an die Übertragungsleitung ab. Unter »Bereich« soll hier ein Teil oder ein Abschnitt einer axial verlaufenden Wechselwirkungsstrecke verstanden werden, das aus einem oder mehreren Resonatoren besteht, die durch ein Eingangssignal erregt werden.For operating the klystron amplifier according to the invention the electron gun 85 is energized so that it generates an electron beam, which conically runs through the various cavity resonators and interaction gaps to the tube collector 86. The klystron amplifier 10 now receives an input signal via the rod 107 from the cathode end 38 given frequency supplied. The rod 107 guides this input signal to the conically converging one Section 27 of the interaction path to where there are certain areas in one or more Excited cavity resonators whose natural frequencies are close to the frequency of the input signal are. Now there is one in the interaction gaps that belong to these cavity resonators strong interaction, as is common with klystrons. A subsequent area of the interaction path one or more cavity resonators takes the energy from the electron beam again and gives it back to the transmission line as amplified output energy away. “Area” is to be understood here as a part or a section of an axially extending interaction path that consists of one or more There are resonators that are excited by an input signal.

Man kann die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Klystronverstärkers auch auf folgende Weise beschreiben: Ein hochfrequentes Eingangssignal breitet sich auf dem Stab 107 aus und läuft dabei durch einen oder mehrere der größeren Hohlraümresonatoren hindurch, die mit der Frequenz des Eingangssignals nicht schwingen können. Schließlich erreicht das Eingangssignal einen Bereich in der konisch ausgebildeten Wechselwirkungsstrecke 27 des Klystronverstärkers 10, in dem die Eigenfrequenzen der Hohlraumresonatoren in der Nähe der Frequenz des Eingangssignals liegen. Diese Hohlraumresonatoren werden von der Frequenz des Eingangssignals auf bekannte Weise selektiv erregt, was in den Wechselwirkungsspalten, die diesen Hohlraumresonatoren zugeordnet sind, zu einer starken Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl führt. Wenn sich das Eingangssignal weiter auf das kleinere Ende des Klystronverstärkers hin ausbreitet und auch im Abschnitt 28 der Wechselwirkungsstrecke weiterläuft, läuft es durch Hohlraumresonatoren hindurch, die ihrer zu kleinen Eigenfrequenzen wegen ebenfalls nicht mit der Frequenz des Eingangssignals schwingen können, so daß die Wechselwirkung immer schwächer und schließlich vernachlässigbar klein wird. Das verstärkte Ausgangssignal wird dann über den Stab 107 am Aiisgangsende des Klystronverstärkers 10 ausgekoppelt. The mode of operation of the klystron booster according to the invention can also be described in the following way: A high-frequency input signal propagates on the rod 107 and runs through it one or more of the larger cavity resonators that cannot oscillate at the frequency of the input signal. Finally achieved the input signal covers an area in the conical interaction path 27 of the klystron amplifier 10, in which the natural frequencies of the cavity resonators are close to the frequency of the Input signal. These cavity resonators are based on the frequency of the input signal known way selectively excited what in the interaction gaps that these cavity resonators are assigned, leads to a strong interaction with the electron beam. When the input signal spreads further towards the smaller end of the klystron enhancer and also in section 28 If the interaction path continues, it passes through cavity resonators that close to them also cannot oscillate with the frequency of the input signal because of small natural frequencies, so that the interaction becomes weaker and weaker and finally becomes negligibly small. That amplified The output signal is then coupled out via the rod 107 at the output end of the klystron amplifier 10.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Klystronverstärkers kann auch auf folgende Weise beschrieben werden: Wenn sich eine ganz bestimmte Energiemenge mit einer vorgegebenen Frequenz von einem Punkte aus eine Wechselwirkungsstrecke entlang ausbreitet, die nicht abgeschlossen ist, jedoch unendlich lang ist oder eine endliche Länge aufweist und richtig abgeschlossen ist, ruft diese Energiemenge an jedem Wechselwirkungsspält eine bestimmte Spannungsverteilung hervor. Wenn jetzt die Frequenz durch den logarithmischen Progressionsfaktor geteilt wird, verschiebt sich die gesamte Spannungsverteilung um einen Abschnitt nach rechts, also in diejenige Richtung, in der die Abmessungen kleider werden. Wenn nun der Elektronenstrahldurchmesser in jedem Abschnitt um den gleichen Faktor ρ kleiner wird, während der gesamte Strom und alle Spannungen konstant bleiben, ändern sich die Eigenschaften des Elektronenstrahles im gleichen Maßstab wie die Eigenschaften der Wechselwirkungsstrecke. In der Wechselwirkungsstrecke des Klystronverstärkers nach F i g. 1 findet die Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und dem Hochfrequenzfeld in der Strecke hauptsächlich in demjenigen Bereich statt, in dem die Eigenresonanzen der Hohlraumresonatoren in der Nähe der Frequenz des Eingangssignals liegen. In diesem Bereich der Wechselwirkungsstrecke breitet sich das Hochfrequenzfeld nicht mehr aus. Die Kopplung der einzelnen Hohlraumresonatoren wird vielmehr wie bei einem Klystron vom Elektronenstrahl übernommen. Wenn die Frequenz größer wird, verschiebt sich dieser Bereich, in dem eine solche aktive Wechselwirkung stattfindet, auf dasjenige Röhrenende hin, in dem die Abmessungen kleiner sind und wo das verstärkte Signal vom Elektronenstrahl zum Ausgang der Röhre gekoppelt wird. Wenn die Röhre ausreichend lang ist, befinden sich die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse in Bereichen, in denen die Wechselwirkung für alle Frequenzen des gewünschten Frequenzbandes nur klein ist. Daher sind die Einflüsse der Enden der Wechselwirkungsstrecke nicht mehr wesentlich und die Verstärkungseigenschaften sowie das Frequenzverhalten der Röhre wiederholen sich jedesmal, wenn die Frequenz durch den Faktor ρ geteilt wird. Wenn der Durchmesser des zylindrischen Abschnittes 28 der Wechselwirkungsstrecke, der den Abschluß der ganzen ' Wechselwirkungsstrecke darstellt, bei der höchsten Betriebsfrequenz elektrisch genügend klein ist, ist dieser zylindrische Abschnitt 28 mathematisch, demjenigen konischen Abschnitt der Wechselwirkungsstrecke äquivalent, der durch den Abschnitt 28 ersetzt worden ist.The mode of operation of the klystron amplifier according to the invention can also be described in the following way: When a very specific amount of energy with a predetermined frequency spreads from a point along an interaction path that is not closed, but is infinitely long or has a finite length and is correctly closed , this amount of energy causes a certain stress distribution at each interaction gap. If the frequency is now divided by the logarithmic progression factor, the entire stress distribution shifts one section to the right, i.e. in the direction in which the dimensions become smaller. If the electron beam diameter in each section becomes smaller by the same factor ρ, while the total current and all voltages remain constant, the properties of the electron beam change on the same scale as the properties of the interaction path. In the interaction path of the klystron amplifier according to FIG. 1, the interaction between the electron beam and the high-frequency field in the path takes place mainly in that area in which the natural resonances of the cavity resonators are close to the frequency of the input signal. The high-frequency field no longer spreads in this area of the interaction path. The coupling of the individual cavity resonators is taken over by the electron beam, like a klystron. As the frequency increases, this area in which such an active interaction takes place shifts towards the end of the tube in which the dimensions are smaller and where the amplified signal from the electron beam is coupled to the exit of the tube. If the tube is long enough, the input and output connections are in areas where the interaction is only small for all frequencies in the desired frequency band. Therefore, the influences of the ends of the interaction path are no longer significant and the amplification properties and the frequency response of the tube are repeated every time the frequency is divided by the factor ρ . If the diameter of the cylindrical section 28 of the interaction path, which represents the end of the entire interaction path, is electrically sufficiently small at the highest operating frequency, this cylindrical section 28 is mathematically equivalent to that conical section of the interaction path which has been replaced by the section 28 .

Es ist nicht immer notwendig, daß die Koppelvorrichtung oder die Übertragungsleitung 106 mit sämtlichen einzelnen Hohlraumresonatoren in Verbindung steht. Eine solche Abwandlung ist in Gestalt einer Klystronverstärkerröhre 110 in Fig. 2,dargestellt. Die axial verlaufende Wechselwirkungsstrecke des Klystronverstärkers 110 ist ein Teil des konisch ausgebildeten Abschnittes 27 der Wechselwirkungsstrecke nach Fig. 1., Die restlichen Bestandteile der Röhre 110 sind genauso ausgebildet, wie es in F i g. 1 dargestellt ist. In der Röhre 110 verbindet der Übertragungsstab 107 die Hohlraumresonatoren 111, 112, 113 und 114 miteinander, während zwischen den Hohlraumresonatoren 115, 116, 117 und 118 und dem Übertragungsstab 107 keine Verbindungen bestehen. Bei der dargestellten Wechselwirkungsstrecke ist jeder zweite Hohlraumresonator mit dem Über-It is not always necessary that the coupling device or the transmission line 106 with all individual cavity resonators is connected. Such a variation is in shape a klystron intensifier tube 110 in FIG. The axially extending interaction path of the klystron amplifier 110 is part of the conical formed section 27 of the interaction path according to Fig. 1. The remaining components of the Tubes 110 are designed exactly as in FIG. 1 is shown. In the tube 110 the transmission rod connects 107 the cavity resonators 111, 112, 113 and 114 with each other, while between the Cavity resonators 115, 116, 117 and 118 and the transmission rod 107 are not connected. In the interaction path shown, every second cavity resonator is

tragungsstab gekoppelt. Der Grund, warum man in eine Anzahl von Hohlraumresonatoren, die mit einer Übertragungsleitung gekoppelt sind, noch eine Anzahl von Hohlraumresonatoreri aufnimmt, die mit der Übertragungsleitung nicht gekoppelt sind, besteht darin, daß man auf diese Weise eine größere Anzahl von Hohlraumresonatoren erhält, die mit der Frequenz des Eingangssignals schwingen können. Man kann auf einen mit der Übertragungsleitung gekoppelten Resonator einen Resonator folgen lassen, der mit der Übertragungsleitung nicht gekoppelt ist, wie es in F i g. 2 dargestellt ist. Man kann aber auch auf einen gekoppelten zwei nicht gekoppelte Resor natoren folgen lassen oder die Resonatoren so ausbilden, daß auf. zwei mit der Übertragungsleitung gekoppelten Resonatoren zwei nicht gekoppelte Resonatoren folgen. Auch jede andere Anordnung ist möglich, die den Wirkungsgrad und die Verstärkung erhöht.load-bearing bar coupled. The reason why one looks at a number of cavity resonators that come with a Transmission line are coupled, nor a number of Hohlraumresonatoreri accommodates that with the transmission line are not coupled, is that one in this way a larger Number of cavity resonators that can oscillate with the frequency of the input signal. A resonator coupled to the transmission line can be followed by a resonator, which is not coupled to the transmission line, as shown in FIG. 2 is shown. But you can also let two non-coupled resonators follow a coupled one or design the resonators in such a way that that on. two resonators coupled to the transmission line two resonators not coupled Follow. Any other arrangement is also possible, which increases the efficiency and the gain elevated.

Wie ein erfindungsgemäßer Klystronverstärker arbeitet, läßt sich am besten an Hand der F i g. 3 erläutern, die ein modifiziertes Phasen-Frequenz-Diagramm oder ein w//3 L-Diagramm ist. Das Diagramm , nach F i g. 3 stellt diejenigen Informationen dar, die zum Berechnen mit einem Computer verwendet wurden. Die linke Seite des Diagramms zeigt die Verschiebung der Phasen in einer gleichförmig ausgebildeten Wechselwirkungsstrecke. Da alle Abschnitte der Wechselwirkungsstrecke ähnlich sind, j gilt das gleiche Diagramm für jeden einzelnen Abschnitt, sofern der richtige Frequenzmaßstab benutzt wird. Die rechte Seite des Diagramms ermöglicht es, für jeden Abschnitt der Wechselwirkungsstrecke den richtigen Frequenzmaßstab direkt zu bestimmen. Dasjenige Gebiet, in dem sich das Hochfrequenzfeld nicht mehr ausbreitet, wird dort erreicht, wo die Hohlraumresonatoren mit ihrer Eigenfrequenz oder einer dicht danebenliegenden Frequenz erregt werden. Nun sollen einmal die Röhreneigenschaften und das Verhalten der Röhre bei einer Frequenz von 2100MHz betrachtet werden. Ein Eingangssignal dieser Frequenz, das dem Hohlraumresonator 11 oder dem Abschnitt 11 der Wechselwirkungsstrecke zugeführt wird, kann sich bis zum """ Abschnitt 17 ausbreiten. Am Abschnitt 17 wird das Signal reflektiert, da sich Hochfrequenzfelder dieser Frequenz von Abschnitt 17 an nicht mehr weiter ausbreiten können. In der Nähe des Abschnittes 13, wo die Impedanz der Wechselwirkungsstrecke verhältnismäßig hoch ist, ist das reflektierte Eingangssignal mit dem Elektronenstrahl synchron, so daß eine starke Wechselwirkung zwischen dem Eingangssignal und dem Elektronenstrahl auftritt, durch die der Elektronenstrahl stark gebündelt wird. Die reflektierte Welle schwingt am Punkt Λ des Rückwärtswellenzweiges der w//? L-Charakteristik synchron mit dem Elektronenstrahl. Vom Abschnitt 18 bis zum Abschnitt 28 der Wechselwirkungsstrecke kann sich das Hochfrequenzfeld nicht mehr ausbreiten. Es findet jedoch eine starke Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und den nicht gekoppelten Hohlraumresonatoren statt, wenn der Strahlstrom höher wird. In dem Klystronverstärker nach F i g. 2 nimmt die Resonanzfrequenz der nicht gekoppelten, jedoch belasteten Hohlraumresonatoren zum Ausgangsende der Röhre hin zu, da auf diesen Klystronverstärker das logarithmisch-periodische Prinzip angewendet worden ist. Die Abstimmungseigenschaften dieser nicht gekoppelten Hohlraumresonatoren sind daher denjenigen Abstimmungseigenschaften sehr ähnlich, die man bei üblichen Mehrkammerklystrons findet. Im Abschnitt 28 der Wechselwirkungsstrecke findet wieder eine Ausbreitung als Vorwärtswelle statt, die durch den unteren Vorwärtswellenzweig der w//JL-Kurve beschrieben wird, und der gebündelte Elektronenstrahl gibt an den Ausgang Energie ab, der vom Abschnitt 28 der Wechselwirkungsstrecke gebildet wird. How a klystron amplifier according to the invention works can best be seen with reference to FIG. 3, which is a modified phase-frequency diagram or a w // 3 L diagram. The diagram, according to FIG. 3 shows the information that was used to calculate with a computer. The left side of the diagram shows the shift of the phases in a uniformly formed interaction path. Since all sections of the interaction path are similar, the same diagram applies to each individual section, provided the correct frequency scale is used. The right-hand side of the diagram enables the correct frequency scale to be determined directly for each section of the interaction path. The area in which the high-frequency field no longer propagates is reached where the cavity resonators are excited with their natural frequency or a frequency close to it. Now the tube properties and the behavior of the tube at a frequency of 2100MHz should be considered. An input signal of this frequency, which is fed to the cavity resonator 11 or the section 11 of the interaction path, can propagate to the """section 17. The signal is reflected at section 17, since high-frequency fields of this frequency no longer propagate from section 17 on In the vicinity of the section 13, where the impedance of the interaction path is relatively high, the reflected input signal is synchronous with the electron beam, so that a strong interaction occurs between the input signal and the electron beam, by which the electron beam is strongly focused Wave oscillates synchronously with the electron beam at point Λ of the backward wave branch of the w //? L characteristic. The high-frequency field can no longer propagate from section 18 to section 28 of the interaction path. However, there is a strong interaction between the electron beam and the uncoupled Hohlra umresonatoren instead when the beam current is higher. In the klystron amplifier of FIG. 2, the resonance frequency of the uncoupled but loaded cavity resonators increases towards the output end of the tube, since the logarithmic-periodic principle has been applied to this klystron amplifier. The tuning properties of these uncoupled cavity resonators are therefore very similar to those tuning properties that are found in conventional multi-chamber klystrons. In section 28 of the interaction path there is again propagation as a forward wave, which is described by the lower forward wave branch of the w // JL curve, and the bundled electron beam emits energy at the output that is formed by section 28 of the interaction path.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform ist eine Wanderfeldröhre 120, auf die das logarithmischperiodische Prinzip angewendet worden ist. Wie in dem Klystronverstärker nach F i g. 1 erzeugt die Elektronenkanone 85 einen konisch zusammenlaufenden Elektronenstrahl, der eine Wendel 121 der Wanderfeldröhre durchsetzt und im Kollektor 86 aufgefangen wird. Die Wendel zeigt das logarithmisch-periodische Prinzip, da die Durchmesser der einzelnen Windungen der Wendel zu einem Ende hin abnehmen, während die Steigung der Wendel zum gleichen Ende hin abnimmt. Das logarithmisch-periodische Prinzip kann man auch dadurch anwenden, daß man die Wechselwirkungsstrecke aus einer Anzahl geradliniger Stücke zusammensetzt, deren Durchmesser immer kleiner wird.In Fig. 4, a further embodiment of the invention is shown. This embodiment is a traveling wave tube 120 to which the log-period principle has been applied. As in the klystron amplifier according to FIG. 1, the electron gun 85 creates a conical shape Electron beam, which passes through a helix 121 of the traveling wave tube and in the collector 86 is caught. The helix shows the logarithmic-periodic principle, since the diameter of the individual turns of the helix decrease towards one end, while the slope of the helix to the decreases towards the same end. The logarithmic-periodic principle can also be applied by that the interaction path is composed of a number of rectilinear pieces, whose Diameter is getting smaller and smaller.

Zum Hervorrufen von logarithmisch-periodischen Wechselwirkungen sind auch andere Approximationen möglich, wie bereits in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben. Da die Fortsetzung des logarithmischperiodischen Prinzips theoretisch auf eine Wendel führt, deren Durchmesser an einem Ende unendlich klein wird, kann man die Wanderfeldröhre durch ein kurzes zylindrisches Wendelstück 122 abschließen, das sich ähnlich wie das zylindrische Stück 28 der Wechselwirkungsstrecke aus F i g. 1 verhält. Man kann dazu aber auch ein konisch verlaufendes Wendelstück mit konstanter Steigung verwenden. Wie es bereits in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben wurde, ist es günstig, wenn das Ausgangsende 122 der Wendel 121 an derjenigen Stelle liegt, an der theoretisch die Spitze des Kegels liegt, der von der Wendel gebildet wird, also dort, wo sich die gedachten Linien schneiden, die den konusförmigen Teil der Wendel einhüllen. Auf das Abschlußstück dieser Wendel oder auf die Abschlußstücke der bereits beschriebenen Ausführungsformen kann aber auch das Iogarithmisch-periodische Prinzip angewendet werden.There are also other approximations for producing log-periodic interactions possible, as already in connection with F i g. 1 described. Since the continuation of the logarithmic periodic Principle theoretically leads to a helix whose diameter is infinite at one end becomes small, the traveling wave tube can be closed off by a short cylindrical coil piece 122, which is similar to the cylindrical piece 28 of the interaction path from FIG. 1 behaves. Man but can also use a conical piece of helix with a constant pitch for this purpose. Like it already in connection with FIG. 1 has been described, it is advantageous if the output end 122 of the coil 121 lies at that point at which theoretically lies the tip of the cone formed by the helix becomes, i.e. where the imaginary lines intersect, which form the conical part of the helix envelop. On the terminating piece of this coil or on the terminating pieces of the already described However, embodiments can also be logarithmic-periodic Principle to be applied.

Die Wanderfeldröhre nach Fig. 4 arbeitet genauso wie die bekannten üblichen Wanderfeldröhren. Das logarithmisch-periodische Prinzip kann auf eine Wendelleitung, auf eine Stegleitung oder auch auf andereVerzögerungsleitungen für Wanderfeldröhren angewendet werden, und der Elektronenstrahl beeinflußt die Wirkungsweise der Röhre auf die gleiche Weise, wie es in Verbindung mit dem Klystronverstärker nach F i g. 1 beschrieben worden ist. Die Wendelleitung ist nur ein Beispiel für zahlreiche bekannte Verzögerungsleitungen, die einander äquivalent sind. Solche Verzögerungsleitungen sind beispielsweise in den USA.-Patentschriften 2 843 797, 2 860 280 beschrieben worden. Wendelleitungen gehören nach Definition zu denjenigen Wechselwirkungsstrecken, die mit einem Elektronenstrahl periodisch in Wechselwirkung treten. Dabei wird jede Windung der Wendelleitung als Periode betrachtet. In den vorstehend beschriebenen Ausfüiirungsfor-The traveling wave tube according to FIG. 4 works in the same way like the known usual traveling wave tubes. The logarithmic-periodic principle can be applied to a Coiled cable, on a ribbon cable or on other delay lines for traveling wave tubes are applied, and the electron beam affects the operation of the tube in the same way Manner, as it is in connection with the klystron amplifier according to fig. 1 has been described. the Helical line is just one example of many known delay lines that are equivalent to one another. Such delay lines are for example in U.S. Patents 2,843,797; 2,860,280. Helical cables belong according to definition to those interaction paths that are periodic with an electron beam interact. Each turn of the helical cable is viewed as a period. In the embodiments described above

men wird die Geschwindigkeit und/oder die Stromdichte des Elektronenstrahls moduliert. Die Erfindung ist ganz allgemein auf Elektronenstrahlröhren anwendbar, bei denen ein Elektronenstrahl eine Wechselwirkungsstrecke durchsetzt und dabei ein Eingangssignal mit einer gewünschten Frequenz verstärkt. Solche Elektronenstrahlröhren können bekanntlich auch als Frequenzumsetzer, Gleichrichter, Oszillatoren usw. verwendet werden.Men the speed and / or the current density of the electron beam is modulated. The invention is generally applicable to cathode ray tubes in which an electron beam is a Interaction path interspersed and amplified an input signal with a desired frequency. As is well known, such cathode ray tubes can also be used as frequency converters, rectifiers, Oscillators, etc. can be used.

Die Erfindung ist daher auf die Kombination einer logarithmisch-periodischen Wechselwirkungsstrecke mit einem logarithmisch-periodischen Elektronenstrahl gerichtet, der die Wechselwirkungsstrecke durchsetzt, so daß sich die effektiven Wechselwirku.ngseigenschaftcn in axialer Richtung logarithmisch-periodisch ändern. Dabei ist es gleichgültig, ob die Wechselwirkungsstrecke aus gekoppelten Hohlraumresonatoren besteht oder als Stegleitung, als Wendel oder anderweitig ausgebildet ist. Während des Betriebs einer solchen Elektronenstrahlröhre 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 Bereich der Wechselwirkung kann sich in Abhängigkeit von der Frequenz des Eingangssignals in der Wechselwirkungsstrecke hin und her verschieben. Dieses kann man als ein »Gleiten« des Wechselwirkungsbereiches beschreiben, wo der Ort, an dem die Wechselwirkung gerade stattfindet, durch die gerade anliegende Frequenz des Eingangssignals bestimmt ist.The invention is therefore based on the combination of a logarithmic-periodic interaction path directed with a logarithmic-periodic electron beam, which defines the path of interaction interspersed, so that the effective interaction properties are logarithmic-periodic in the axial direction to change. It does not matter whether the interaction path is coupled There is cavity resonators or is designed as a ribbon cable, as a helix or in some other way. While the operation of such a cathode ray tube searches for the input signal on the basis of its Frequency itself the cavity resonators or the areas of a helix or another interaction path in which the interaction takes place. The place or area of interaction can vary depending on the frequency of the input signal in the interaction path move back and forth. This can be described as a "sliding" of the interaction area, where the place where the interaction is taking place through the currently applied frequency of the Input signal is determined.

Dieser »gleitende« Bereich kann einen oder mehrere aufeinanderfolgende Hohlraumresonatoren der Wechsel Wirkungsstrecke nach Fig. 1 oder auch einen Teil der Wendel nach Fig. 4 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. Dieser Bereich kann unmittelbar neben dem Einkoppelbereich liegen. Die beiden Bereiche können aber auch durch mehrere Hohlraumresonatoren voneinander getrennt sein, die nur wenig oder gar nicht erregt sind. Die Stellen der maximalen Wechselwirkung in beiden Bereichen weisen einen bestimmten Abstand voneinander auf, der von der Frequenz des Eingangssignals abhängt, und beide Bereiche wandern mit der Frequenz hin und her. Der Einkoppel- und der Auskoppelbereich liegen in dem Sinne nebeneinander, als zwischen dem Einkoppel- und dem Auskoppclbercich praktisch keine weiteren Wechselwirkungen mehr stattfinden. Die Wirkungsweise ist für verschieden ausgebildete Wanderfeldröhren die -gleiche, also beispielsweise für Wanderfeldröhren mit einer Wendelleitung, mit einer Doppelkammleitung oder einer Stegleitung. Solche Verzögerungsleitungen können als Wechselwirkungsstrccken angeschen werden, die periodisch mit dem Elektronenstrahl in Wechselwirkung treten, wobei jede einzelne Windung einer Wendelleitung oder jeder eiivelne Ring einer Doppelkammleitung nach 'Definition eine Periode darstellt.This "sliding" area can be one or more consecutive cavity resonators of the Alternating effective path according to FIG. 1 or also include part of the helix according to FIG. 4. In an interaction path made up of cavity resonators can receive a predetermined input signal excite one or more cavity resonators, so that there energy is passed to the electron beam while the excitation of neighboring cavity resonators is only weak. In the place A similar area can be used at which the beam gives off energy again to the interaction path can be defined from cavity resonators. This area can be directly next to the coupling area lie. The two areas can, however, also be separated from one another by several cavity resonators, which are only slightly or not at all are excited. The points of maximum interaction in both areas show a certain Distance from each other, which depends on the frequency of the input signal, and both ranges migrate back and forth with the frequency. The coupling-in and coupling-out areas are in this sense next to each other than practically no other areas between the coupling-in and coupling-out areas Interactions take place more. The mode of action is for differently designed traveling wave tubes the same, for example for traveling wave tubes with a helical cable, with a double comb cable or a ribbon cable. Such delay lines can be used as interaction paths which periodically interact with the electron beam, wherein every single turn of a helical cable or every single ring of a double comb line represents a period according to the definition.

Die logarithmisch-periodische Röhre kann für Vorwärtswellen- und für Rückwärtswellenbetrieb angepaßt werden. Bei einem Betrieb als Rückwärtswellenröhre wird das Eingangssignal am Röhrenende 39 eingekoppelt und am Röhrenende 38 ausgekoppelt. Man kann dann den zylindrischen Abschnitt 28 der Wechselwirkungsstrecke weglassen. Wählt man einen umgekehrten Aufbau, bei dem die Wechselwirkungsstrecke am Kathodenende klein istThe log-period tube can be adapted for forward wave and backward wave operation will. When operating as a reverse wave tube, the input signal is at the end of the tube 39 coupled in and coupled out at the tube end 38. You can then use the cylindrical section Omit 28 of the interaction path. If you choose a reverse structure, in which the Interaction distance at the cathode end is small

ίο und zum Kollektor hin immer größer wird, wird der logarithmisch-periodische Faktor ρ größer als 1.ίο and getting bigger towards the collector, the logarithmic periodic factor ρ greater than 1.

Man erhält erfindungsgemäß die besten Ergebnisse, wenn der logarithmisch-periodische Faktor auf die gesamte Wechselwirkungsstrecke mit AusnahmeAccording to the invention, the best results are obtained when the logarithmic-periodic factor is on the entire interaction path with the exception

x5 des Abschlußstückes angewendet wird. Der logarithmisch-periodische Faktor braucht jedoch nicht für alle Anwendungen der gleiche zu sein. Wenn man beispielsweise wie in F i g. 2 mit abwechselnd angeordneten Hohlraumresonatoren arbeitet, können auf die abwechselnd angeordneten Hohlraumresonatoren unterschiedliche logarithmische Faktoren angewendet werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 können unterschiedliche axiale Abschnitte der Wechselwirkungsstrecke mit unterschiedlichen logarithmischen Faktoren versehen sein. Für das Gesamt-" verhalten sind auch geringe Änderungen des logarithmischen Faktors, beispielsweise zwischen 0,9 und 1, von Bedeutung. Bei einer erfindungsgemäßen Elektronenstrahlröhre wurde ein logarithmischer Faktor von 0,925 verwendet. Bevorzugte Werte liegen zwischen 0,90 und etwa 0,95.x5 of the end piece is applied. The logarithmic-periodic However, the factor does not have to be the same for all applications. If, for example, as shown in FIG. 2 with alternately arranged Cavity resonators can work on the alternately arranged cavity resonators different logarithmic factors are applied. In the embodiment according to FIG. 1 can have different axial sections of the interaction path with different logarithmic Factors must be provided. For the overall "behavior there are also small changes in the logarithmic Factor, for example between 0.9 and 1, is important. In an inventive Cathode ray tube a logarithmic factor of 0.925 was used. Preferred values are between 0.90 and about 0.95.

Claims (14)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Laufzeitröhre für ein breites Frequenzband, bestehend aus einem Elektronenstrahlerzeugersystem, einer Auffangelektrode, einer Fokussieranordnung zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahls über eine größere Wegstrecke und einer mit Ein- und Auskoppelvorrichtungcn versehenen, mit dem Elektronenstrahl verkoppelten Wechselwirkungsstreckc, die in eine Mehrzahl von Bereichen unterteilt ist, 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 die Bereiche (11 bis 18) der Wechsel- Wirkungsstrecke derart ausgebildet sind und die Fokussieranordnung den Elektronenstrahl (74) derart konisch zusammenlaufend bündelt, daß beim Durchlaufen der Wechselwirkungsstrecke die elektrischen Eigenschaften an den aufeinan- - derfolgenden Bereichen (11 bis 18) sich mit dem Logarithmus der Frequenz periodisch wiederholen.1. Time-of-flight tube for a broad frequency band, consisting of an electron gun system, a collecting electrode, a focusing arrangement for the bundled guidance of an electron beam over a longer distance and one provided with coupling and decoupling devices, with the electron beam coupled interaction path, which in a plurality is divided by areas whose electrical properties are at different frequencies are the same, these frequencies being spatially within the given frequency band successive areas steadily increase or decrease, characterized in that the areas (11 to 18) of the alternating Effective path are formed in such a way and the focusing arrangement the electron beam (74) bundles conically converging in such a way that when passing through the interaction path the electrical properties of the successive areas (11 to 18) correspond to the Periodically repeat the logarithm of the frequency. 2. Laufzeitröhre nach Anspruch 1, dadurch2. Runtime tube according to claim 1, characterized gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecke eine Verzögerungsleitung (121) aufweist.characterized in that the interaction path has a delay line (121). 3. Laufzeitröhre nach Anspruch 1, dadurch· gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecke eine Anzahl hintereinander angeordneter Hohlraumresonatoren (11 bis 18) aufweist.
3. Time-of-flight tube according to Claim 1, characterized in that the interaction path has a number of cavity resonators (11 to 18) arranged one behind the other.
4. Laufzeitröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecke zumindest drei Hohlraumresonatoren (11,12,13) mit Wechselwirkungsspalten (49, 50, 51) aufweist. 4. transit time tube according to claim 3, characterized in that the interaction path has at least three cavity resonators (11, 12, 13) with interaction gaps (49, 50, 51). 5. Laufzeitröhre nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Hohlraumresonatoren (11 bis 18) und die der Wechselwirkungsspalte (49 bis 56) unterschiedlich sind.5. Runtime tube according to claims 3 and 4, characterized in that the dimensions of the cavity resonators (11 to 18) and those of the interaction gaps (49 to 56) are different. 6. Laufzeitröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecke durch einen axial verlaufenden zylindrischen Wechselwirkungsstreckenabschnitt abgeschlossen ist, in dem die elektrischen Eigenschaften in axialer Richtung aufeinanderfolgender Bereiche (19 bis 26) gleich sind.6. transit time tube according to claim 1, characterized in that the interaction path completed by an axially extending cylindrical interaction section is in which the electrical properties in axial Direction of successive areas (19 to 26) are the same. 7. Laufzeitröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecke eine Wendelleitung (121) aufweist.7. transit time tube according to claim 1, characterized in that the interaction path has a helical cable (121). 8. Laufzeitröhre nach Anspruch'1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecke und der Elektronenstrahl (74) über einen erheblichen Teil ihrer Länge kegelstumpfförmig ausgebildet sind.8. Runtime tube according to Claim 1, characterized characterized in that the interaction path and the electron beam (74) over a considerable Part of their length are frustoconical. 9. Laufzeitröhre nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Wechselwirkungsstrecke mit einem Hohlraumresonator (26) an einem Punkt endet, · der von der kegelstumpfförmigen Wechsel-Wirkungsstrecke nicht weiter als die Spitze desjenigen Kegels (83) entfernt liegt, der sich aus der Ergänzung der kegelstumpfförmigen Wechselwirkungsstrecke zu einem vollen Kegel ergibt. .9. time tube according to claims 1 and 6, characterized in that the cylindrical interaction path with a cavity resonator (26) ends at a point, that of the frustoconical alternating path of action no further than the tip that cone (83) is removed from the complement of the frustoconical Interaction distance to a full cone results. . 10. Laufzeitröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Wendelleitung vom Eingangsende zum Ausgangsende hin abnimmt.10. transit time tube according to claim 7, characterized in that the diameter of the helical cable decreases from the input end to the output end. 11. Laufzeitröhre nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelleitung (121) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.11. Time tube according to claim 10, characterized in that the helical cable (121) Is frustoconical. 12. Laufzeitröhre nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Wendelleitung (121) zum Ende mit dem kleineren Durchmesser hin abnimmt.12. transit time tube according to claim 11, characterized in that the slope of the helical cable (121) decreases towards the end with the smaller diameter. 13. Laufzeitröhre nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelleitung (121) am Ende mit dem kleineren Durchmesser durch ein zylindrisches Wendelstück (122) konstanter Steigung abgeschlossen ist.13. Time tube according to claim 12, characterized in that the helical cable (121) on End with the smaller diameter by a cylindrical spiral piece (122) of constant pitch is completed. 14. Laufzeitröhre nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Wendelstück (122) an einem Punkt endet, der von dem kegelstumpfförmigen Wendelstück (121) nicht weiter entfernt als die Spitze desjenigen Kegels liegt, der durch die Ergänzung des kegelstumpfförmigen Wendelstücks zu t.⁵uem vollen Kegel entsteht.14. Time tube according to claim 13, characterized in that the cylindrical helical piece (122) ends at a point which is not further away from the frustoconical helical part (121) than the tip of that cone which is t by the addition of the frustoconical helical part. ⁵ uem full cone arises. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109 638/1451 sheet of drawings 109 638/145