DE3233387A1 - GYRO AMPLIFIER - Google Patents

Description

Gyro-VerstärkerGyro amplifier

Die Erfindung betrifft einen Gyro-Verstärker, ζ. Β. eine Gyro-Wanderfeldröhre oder ein Gyro-Klystron.The invention relates to a gyro amplifier, ζ. Β. a traveling wave gyro tube or a gyro-klystron.

Zum besseren Verständnis des Hintergrundes der Erfindung wird nachfolgend zunächst die Wirkungsweise einer Gyrotron-Vorrichtung anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben, wobeiFor a better understanding of the background of the invention, the mode of operation of a gyrotron device will first be described below described with reference to FIGS. 1 and 2, wherein

Fig. 1 einesn Schnitt durch einem Wellenleiter einer1 shows a section through a waveguide of a

Gyrotron-Vorrichtung und Ficj. 2 ein in einem elektrischen ' Feld und in einemGyrotron device and Ficj. 2 one in an electric 'field and one

magnetischen Feld kreisendes Elektronmagnetic field circling electron

zeigt.shows.

Gemäß Fig. 1 enthält ein üblicher Gyrotron-Oszillator einen kreisförmigen Wellenleiter 1, der einen Zusammenwirkungsbereich besitzt und in der TEni-Mode bei einer gewählten Frequenz im Hochfrequenzbereich arbeitet. Das elektrische Feld nach der TEoi-Mode ist in Fig. 1 durch gestrichelte Linien 2 angedeutet. Ein axiales magnetisches Feld 3 mit der Stärke B wird dem Wellenleiter zugeführt, und es wird ein hohler Elektronenstrahl, dessen innere und äußere Grenzen durch ausgezogene Linien 4 dargestellt sind, durch den Wellenleiter geschickt.According to FIG. 1, a conventional gyrotron oscillator contains a circular waveguide 1 which has a region of cooperation and in TEni mode at a selected frequency works in the high frequency range. The electric field according to the TEoi mode is indicated in FIG. 1 by dashed lines 2. An axial magnetic field 3 of strength B is applied to the waveguide, and it becomes a hollow electron beam, whose inner and outer boundaries shown by solid lines 4 sent through the waveguide.

Ein individuelles Elektron 6 bewegt sich unter dem Einfluß des magnetischen Feldes auf einem Kreis 5.An individual electron 6 moves on a circle 5 under the influence of the magnetic field.

Das Elektron kreist mit der sogenannten Zyklotron-Frequenz The electron circles with the so-called cyclotron frequency

ix> _c = e B/m ( i ) .ix> _c = e B / m (i).

Hierin ist e die Elementarladung, B die magnetischeHere e is the elementary charge, B the magnetic one

Feldstärke und m die relativistische Masse des Elektrons.Field strength and m the relativistic mass of the electron.

Der Radius des Umlaufes ist gegeben durchThe radius of the revolution is given by

_r _ mv _r _ mv

cH3 ( ii ),cH3 (ii),

v. obo: ν iie tangentiale Geschwindigkeit des Elektrons ist.v. obo: ν iie is the tangential velocity of the electron.

Die Größe des elektrischen Feldes ist gegeben durch ] The size of the electric field is given by ]

E = E₀ cos co_ot (iii), !E = E ₀ cos co _o t (iii),!

..,cbei co₀ die dem züge»führton Hochfrequenzfeld zugeordnete VIj nkel frequenz ist..., c bei co ₀ is the VIj nkel frequency assigned to the train's lead tone high frequency field.

Zur Zeit t = O, ist das elektrische Feld wegen E = E₀ bei einem Maximum.At time t = O, the electric field is at a maximum _{because of E = E 0.}

Ein Elektron an der Position A erfährt ein maximal verzögerndes Feld, während ein Elektron an der Position B ein maximal beschleunigendes Feld erfährt. Eine halbe Periode spater, rur Zeit = u>_o ist das elektrische Feld erneut bei einem Maxi- p.uiTi, aber in entgegengesetzter Richtung,An electron at position A experiences a maximum decelerating field, while an electron at position B experiences a maximum accelerating field. Half a period later, for time = u> _o , the electric field is again at a Maxi- p.uiTi, but in the opposite direction,

d. h. E= -E₀. ;ie E = -E ₀ . ;

Wenn die Winkelfrequenz co _c des Elektrons gleich der ι *;inkelfrequenz c<_> _o des zugeführten Hochfrequenzfeldes ist, dann vf lüdet sich das bei A gestartete Elektron nun bei B und erfährt \ ■■·: ad er um ein verzögerndes Feld, während das Elektron, das bei B ; gestartet ist, sich nun bei A befindet und erneut ein beschleunigendes Feld erfährt.If the angular frequency co _c of the electron equals the ι *; inkelfrequenz c <_> _o of the applied RF field, then vf the electron launched at A now lüdet at B and learns \ ■■ · he ad to a retarding field while the electron at B; has started, is now at A and is experiencing an accelerating field again.

«fr W #«For W #

Bei der üblichen Gyrotron-Vorrichtung haben Elektronen in dem Strahl, zumindest wenn sie sich eingangs des Wellenleiters befinden, zahlreiche unterschiedliche Phasen in bezug auf das Hochfrequenzfeld.The usual gyrotron device has electrons in the beam, at least when they are entering the waveguide are numerous different phases with respect to the high frequency field.

Es läßt sich zeigen, daß alle Elektronen, die zur Zeit t = 0 über den Sektor CAD starten, ein Netto-Verzögerungsfeld über eine Periode erfahren. Daher nimmt ihre Geschwindigkeit ebenso wie ihre Masse ab und folglich nimmt aus Gleichung (i) ihre Rotationsfrequenz cu_c zu, so daß sio in der Phase in bezug auf das zugeführte elektrische Hochfrequenzfeld voreilen.It can be shown that all electrons which start over the sector CAD at time t = 0 experience a net deceleration field over a period. Therefore, their speed decreases as does their mass and consequently, from equation (i), their _{frequency of rotation cu c} increases, so that sio leads in phase with respect to the applied high-frequency electric field.

Elektronen in diesem Sektor eilen daher in der Phase vor, wobei sie sich Periode um Periode in Richtung auf den Punkt C bewegen. Auch ergibt sich aus der Gleichung (ii), daß bei Verringerung der Masse und Geschwindigkeit des Elektrons der Radius seiner Kreisbewegung abnimmt.Electrons in this sector therefore advance in phase, moving period by period towards the point C move. It also follows from equation (ii) that when the mass and speed of the electron are reduced, the Radius of its circular motion decreases.

Umgekehrt erfahren alle Elektronen, die zur Zeit t = 0 über den Sektor CBD starten, ein Netto-Beschleunigungsfeld. Ihre Masse nimmt zu, während ihre Rotationsfrequenz co _c abnimmt, so daß sie in der Phase in bezucj auf das zugeführte elektrische Hochfrequenzfeld verzögert werden. Elektronen in diesem Sektor sind also bestrebt, sich Periode um Periode in Richtung auf den Punkt C mit einem sich ständig vergrößernden Radius zu bewegen.Conversely, all electrons that start over the CBD sector at time t = 0 experience a net acceleration field. Their mass increases while their rotational _{frequency co c} decreases, so that they are retarded in phase with respect to the applied high-frequency electric field. Electrons in this sector therefore tend to move period by period in the direction of point C with a constantly increasing radius.

Somit entsteht Periode um Periode eine Bündelung aller Elektronen in Richtung auf den Punkt C.Thus, period after period, all electrons are bundled in the direction of point C.

Bei einer üblichen Gyrotron-Vorrichtung ist die Zyklotron-Frequenz Co? _c geringfügig kleiner als die WinkelfrequenzIn a common gyrotron device, the cyclotron frequency is Co? _c slightly smaller than the angular frequency

z. B. GO₀ = 1,029 LO_C z. B. GO ₀ = 1.029 LO _C

und die Phase der gebündelten Elektronen wird relativ zu dem Feld so eingestellt, daß die Elektronen an das Hochfrequenzfeld mehr Netto-Energie abgeben als Hohlraumverluste vorhanden sind, so daß eine Schwingung entsteht und Ausgangsleistung verfügbar ist. Di . Ausgangsleistung hängt von dar Anzahl der in der jeweiligen Phase; gebündelten Elektronen ab, um Energie an das Hochfrequenzfeld abzugeben.and the phase of the bundled electrons is adjusted relative to the field so that the electrons are more exposed to the high frequency field Release net energy as cavity losses are present, so that an oscillation occurs and output power is available. Tuesday Output power depends on the number of in each phase; bundled electrons to add energy to the high frequency field submit.

Eine Anwendung einer Gyrotron-Vorrichtung der oben beschriebenen Art ist der Gyro-Verstärker, z. B. die Gyro-Wanderfeldröhre oder das Gyro-Klystron, bei dem ein fortschreitender Wellenleiter verwendet wird, um ein kontinuierliches Zusammenwirken des Elektronenstrahls mit einem Hochfrequenzfeld zu ermöglichen. Es sind Gyro-Verstärker bekannt, bei denen der Elektronenstrahl mit einer TEoi-Wellenleiter-Mode zusammenwirkt; jedoch wird ein Zusammenwirken mit der kreispolarisierten TEn dominierenden Wellenleiter-Mode bevorzugt, da dies die niedrigstfrequente Mode ist und daher nicht durch Störungen von anderen Moden beeinträchtigt wird. Bisher war es möglich, eine kreispolarisierte TE^-Mode dadurch fortzupflanzen, daß zwei entartete linear polarisierte TEj^-Moden hinsichtlich Raum und Zeit mit einer Phasenverschiebung von 90° erregt wurden. Die Aufrechterhaltung einer genauen Phasenbeziehunq zwischen den Moden erweist sich jedoch als schwierig, und die Folge davon ist eine verhältnismäßig schmale Bandbreite.One application of a gyrotron device of the type described above is in gyro amplifier, e.g. B. the gyro traveling wave tube or the gyro-klystron, which uses an advancing waveguide for continuous interaction of the electron beam with a high frequency field. Gyro amplifiers are known in which the electron beam interacts with a TEoi waveguide mode; However an interaction with the circularly polarized TEn becomes dominant Waveguide mode preferred because this is the lowest frequency mode and therefore not affected by interference from other modes is affected. Up to now it was possible to reproduce a circularly polarized TE ^ -mode in that two degenerate linear polarized TEj ^ modes with respect to space and time with a Phase shift of 90 ° were excited. The maintenance an exact phase relationship between the modes turns out however, as difficult, and the consequence of this is a relatively narrow bandwidth.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gyro-Verstärker zu schaffen, bei dem die oben beschriebenen Schwierigkeiten weitgehend beseitigt sind.The invention has for its object to provide a gyro amplifier in which the difficulties described above are largely eliminated.

Die gestellte Aufgabe wird durch einen Gyro-Verstärker gelöst, der gekennzeichnet ist durch einen im Querschnitt kreisförmigen Wellenleiter zum Empfang von Strahlung, die einer kreispolarisierten elektrischen Wellen-Mode entspricht, und zur BiI-The problem posed is achieved by a gyro amplifier which is characterized by a circular cross-section Waveguide for receiving radiation, which corresponds to a circularly polarized electrical wave mode, and for BiI-

dung eines Zusammenwirkungs-Bereiches bei einer vorgegebenen Hochfrequenz; Mittel zum Empfang von Hochfrequenzstrahlung, die verstärkt werden soll und eine quer verlaufende elektrische Mode besitzt, und zur Umformung dieser Strahlung in eine Strahlung mit kreispolarisierter elektrischer Mode, wobei der Wellenleiter koaxial mit den Umformungsmitteln ausgerichtet ist, um die davon ausgehende kreispolarisierte Strahlung zu empfangen; Mittel zur Erzeugung eines axialen magnetischen Feldes solcher Stärke in dem Zusammenwirkungs-Bereich, daß ein Kreisen von Elektronen mit einer vorgegebenen Zyklotron-Frequenz bewirkt wird; Mittel zur Injizierung eines Elektronenstrahls in den Wellenleiter, der eine derart vorgegebene Geschwindigkeits-Komponente senkrecht zur Achse des Wellenleiters besitzt, daß die Elektronen in dem Strahl veranlaßt werden, in dem Magnetfeld der genannten Stärke mit der Zyklotron-Frequenz und einer solchen Geschwindigkeits-Komponente parallel zur Achse zu kreisen, daß in dem Hohlraum mehrere Perioden des Strahls erzeugt werden.creation of a cooperation area for a given High frequency; Means for receiving high frequency radiation to be amplified and a transverse electrical mode possesses, and for converting this radiation into radiation with a circularly polarized electrical mode, the waveguide is coaxially aligned with the conversion means for receiving the circularly polarized radiation emanating therefrom; Funds for Generation of an axial magnetic field of such strength in the interaction area that electrons circling with a predetermined cyclotron frequency is effected; Means for injecting an electron beam into the waveguide, the one has such a predetermined velocity component perpendicular to the axis of the waveguide that the electrons in the beam be caused in the magnetic field of said strength with the cyclotron frequency and such a speed component to orbit parallel to the axis that several periods of the beam are generated in the cavity.

In Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Injektions-Mittel eine ringförmige Elektronen-Kanone, die koaxial zur Achse des Wellenleiters verläuft und einen hohlen linearen Elektronenstrahl, der die vorgegebene Geschwindigkeit besitzt, in Richtung auf die Achse mit einem Einfallswinkel richtet, der die genannten Geschwindigkeits-Komponenten definiert, wobei Mittel vorgesehen sind, die das magnetische Feld parallel zu dem Strahl halten, wo dieser linear verläuft.In an embodiment of the invention, the injection means contain a ring-shaped electron gun that is coaxial with the axis of the waveguide and a hollow linear electron beam, which has the predetermined speed, is directed in the direction of the axis with an angle of incidence that corresponds to the aforementioned Velocity components are defined, with means being provided to keep the magnetic field parallel to the beam where this runs linearly.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Fig. 3 bis 5 beschrieben. Hierin zeigen:Embodiments of the invention are given below 3 to 5 described with reference to FIGS. Show here:

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung durch einen Gyro-Verstärker,Fig. 3 is a cross-sectional view through a Gyro amplifier,

Fig. 4 eine Explosionsdarstellung einer Polarisator-Anordnung und4 shows an exploded view of a polarizer arrangement and

Fig. 5 ein Vektor-Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Polarisator-Anordnung.5 shows a vector diagram to explain the mode of operation of the polarizer arrangement.

In Fig. 3 ist ein Wellenleiter 1 mit kreisförmigemIn Fig. 3, a waveguide 1 is circular

Querschnitt als Zusammenwirkungs-Bereich ausgebildet und arbeitet in der kreispolarisierten TKjj -Mode bei einer Frequenz c^_o der sich darin fortpflanzenden Hochfrequenz-Strahlung. Wie in Aufsätzen von Chu, Barnett und Granatstein beschrieben ist, (IJ3EE Transactions on Electron Devices Vol. Ed 28, Seiten 866 bis 875) kann der Wellenleiter konisch ausgebildet sein. Elektronen werden in den Wellenleiter durch einen Injektor 8 injiziert und werden zum Kreisen mit der Zyklotron-Frequenz oo _c in Abhängigkeit von einem magnetischen Feld der Stärke B veranlaßt, das im wesentli- ^! chen axial entlang des Wellenleiters verläuft. Das magnetische Feld wird durch ein Solenoid 7 erzeugt, das den Wellenleiter umgibt.Cross-section designed as a cooperation area and works in the circularly polarized TKjj mode at a frequency c ^ _{o of} the high-frequency radiation propagating therein. As described in articles by Chu, Barnett and Granatstein (IJ3EE Transactions on Electron Devices Vol. Ed 28, pages 866 to 875), the waveguide can be conical. Electrons are injected into the waveguide by an injector 8 and are made to orbit at the cyclotron frequency oo _c in dependence on a magnetic field of strength B, which is essentially ^! Chen runs axially along the waveguide. The magnetic field is generated by a solenoid 7 which surrounds the waveguide.

Der Injektor 8 erzeugt einen hohlen Elektronenstrahl 4 in Form von einem Konus, der die Achse des Wellenleiters 1 unter einem Winkel ok schneidet. Diese Konfiguration ist insbesondere für einen Gyro-Verstärker geeignet, der in der TE^-Mode arbeitet, da kreispolarisierte Strahlung zur Verstärkung in die Vorrichtung entlang der Achse des Wellenleiters eingespeist werden kann, wobei die den Injektor bildenden Elemente um die Achse ;The injector 8 generates a hollow electron beam 4 in the form of a cone which intersects the axis of the waveguide 1 at an angle ok. This configuration is particular suitable for a gyro amplifier that works in the TE ^ mode, as circularly polarized radiation for amplification in the device can be fed along the axis of the waveguide, the elements forming the injector around the axis;

herum angeordnet sind. jare arranged around. j

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird Hochfrequenz-Strahlung in den Wellenleiter 1 unter Verwendung einer Drei-Komponenten-Polarisationsanordnung 30 eingeführt, die in Fig. 4 in vergrößertem Maßstab dargestellt ist. Linear polarisierte Strahlung_/ die in dem Gyro-Verstärker verstärkt werden soll, trifft auf den Rechteck-Kreisform-Wellenleiter-Umformer 31 und verläuft zu einem Faraday-Rotator 32. Der Rotator enthält eine Ferritstange 34, die in der Mitte einer Länge des kreisförmigen Wellenleiters 35 angeord-In this embodiment, high-frequency radiation is introduced into the waveguide 1 using a three-component polarization arrangement 30, which is shown in FIG. 4 on an enlarged scale. Linearly polarized radiation _{/ to be} amplified in the gyro amplifier hits the square-to-circular waveguide converter 31 and travels to a Faraday rotator 32. The rotator includes a ferrite rod 34 which is in the middle of a length of circular waveguide 35 arranged

net ist. Eine Drahtspule 36 umgibt den Wellenleiter, so daß mittels eines Ansteuerungsstromes der Stange ein axiales Magnetfeld zugeführt werden kann. Der Rotator dient zur Drehung des auftreffenden Feldes über einen Winkel von 45° entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn entsprechend der Richtung des zugeführten Ansteuerungsstroms. Die Strahlung trifft dann auf einen kreisförmigen Polarisator 33 auf. Der dargestellte Polarisator 33 ist aus einem kreisförmigen Wellenleiter hergestellt und enthält zwei eingesetzte Platten 37, 38, so daß der Wellenleiter unterschiedliche Breiten in der horizontalen und vertikalen Ebene aufweist. Dor auf die breite Seite der Platte unter einem Winkel von 45° auftreibende elektrische Vektor E kann in zwei gleiche Komponenten aufgelöst werden, die Ε-Vektoren besitzen, die zu dieser Fläche im rechten Winkel und parallel dazu verlaufen.net is. A wire coil 36 surrounds the waveguide so that an axial magnetic field is generated by means of a driving current of the rod can be fed. The rotator is used to rotate the impinging field over an angle of 45 ° either clockwise or counterclockwise according to the direction of the supplied control current. The radiation then hits a circular polarizer 33. The polarizer shown 33 is made from a circular waveguide and contains two inserted plates 37, 38 so that the waveguide having different widths in the horizontal and vertical planes. Dor on the broad side of the plate at an angle of 45 ° upwelling electrical vector E can be resolved into two equal components, which have Ε vectors that lead to this surface at right angles and run parallel to it.

Der Polarisator führt eine Phasenverzögerung von 90° für eine Komponente ein, so daß die austretenden Komponenten in Zeit und Raum in Quadratur sind, d. h. die Welle ist kreispolarisiert. Der Zeiger der Polarisation kann durch Verwendung des Faraday-Rotators umgekehrt werden, indem der Ε-Vektor, der auf den Polarisator auftritt, um 90° gedreht wird.The polarizer introduces a phase delay of 90 ° for a component such that the exiting components are in quadrature in time and space, i.e. H. the wave is circularly polarized. The pointer's polarization can be reversed by using the Faraday rotator by dividing the Ε vector pointing to the polarizer occurs, is rotated by 90 °.

Gegebenenfalls kann der Faraday-Rotator 32 bei der Polarisator-Anordnung entfallen, so daß die Strahlung unmittelbar von dem Wellenleiter-Umformer 31 zum Polarisator 33 gelangt.Optionally, the Faraday rotator 32 at the Polarizer arrangement is omitted, so that the radiation reaches the polarizer 33 directly from the waveguide converter 31.

Fig. 5 ist ein Vektor-Diagramm für die Anordnung gemäß Fig. 4 und zeigt die Orientierung des elektrischen Vektors E an den verschiedenen Positionen in der Anordnung, unter denen die entsprechenden Vektoren ausgerichtet sind.FIG. 5 is a vector diagram for the arrangement according to FIG Fig. 4 and shows the orientation of the electrical vector E at the various positions in the arrangement, among which the corresponding vectors are aligned.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Injektor 8 eine ringförmige Glühkathode 9 mit dreieckförmigem Querschnitt enthält, die koaxial zur Achse 10 des Wellenleiters 1 verläuft.From Fig. 3 it can be seen that the injector 8 contains an annular hot cathode 9 with a triangular cross-section, which runs coaxially to the axis 10 of the waveguide 1.

ivie Kathode besitzt eine ebene ringförmige emittierende Oberfläche 11, die der Achse 10 zugekehrt ist, wobei die Normale 12 zur oberfläche 11 einen Einfallswinkel öCzur Achse besitzt. Für die Kathode 9 ist eine ringförmige Heizvorrichtung 13 vorgesehen.The cathode has a planar annular emitting surface 11, which faces the axis 10, the normal 12 to the surface 11 having an angle of incidence δC to the axis. For the Cathode 9, an annular heating device 13 is provided.

Ein ringförmiges Steuergitter 14, das sich im Abstand von der emittierenden Oberfläche 11 der Kathode befindet und parallel zu dieser verlauft, besitzt die Form eines hohlen Kegelstumpfes und ist mit zahlreichen Ausnehmungen 15 für den Durchlaß von Elektronen versehen. Ferner ist eine ringförmige Anode 16 mit Ausnehmungen 17 für die Elektronen vorgesehen.An annular control grid 14 that is spaced from the emitting surface 11 of the cathode is located and runs parallel to this, has the shape of a hollow truncated cone and is with numerous recesses 15 for the passage provided with electrons. An annular anode 16 with recesses 17 for the electrons is also provided.

Die Elektronen in dem Strahl werden durch Erzeugung eines Magnetfeldes, das parallel zur Normalen 12 gerichtet ist, gezwungen, der Normalen 12 zu folgen. Dieses Feld wird durch Modifizierung der Kraftlinien des magnetischen Feldes des Solenoids mittels eines Magnetfeld-Modifizierers erzeugt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine ringförmige magnetische Spule 18 an der dem Solenoid abgekehrten Seite der Kathode verwendet. Die Modifikation erzeugt ein Magnetfeld, das so weit wie möglich parallel zur Normalen 12 verläuft und einen abrupten Übergang parallel zur Achse 10 besitzt. Um die Kohärenz des Strahls zu gewährleisten, wird gegebenenfalls eine zusätzliche ringförmige Elektrode auf dem Gitter 14 vorgesehen. Diese zusätzliche Elektrode kann aus zwei ringförmigen Drähten 19 bestehen, die an entsprechenden Seiten des Gitters 14 angebracht werden. Jeder der Drähte kann durch eine ringförmige Elektrode 20 mit buckeiförmigem Querschnitt ersetzt werden. Die der Kathode 9, dem Steuergitter 14, der zusätzlichen Elektrode 19 oder 20 und derThe electrons in the beam are generated by generating a magnetic field which is directed parallel to the normal 12, forced to follow normal 12. This field is created by modifying the lines of force of the solenoid's magnetic field generated by means of a magnetic field modifier. In which illustrated embodiment is an annular magnetic Coil 18 is used on the side of the cathode facing away from the solenoid. The modification creates a magnetic field that is so far runs parallel to the normal 12 as possible and has an abrupt transition parallel to the axis 10. To ensure the consistency of the To ensure beam, an additional ring-shaped electrode is provided on the grid 14 if necessary. This additional Electrode can consist of two ring-shaped wires 19 which are attached to respective sides of the grid 14. Each of the wires can be replaced by an annular electrode 20 with a bucket-shaped cross section. The cathode 9, the Control grid 14, the additional electrode 19 or 20 and the

3de 16 zugeführten Potentiale werden so gewählt, daß ein Elektronenstrahl erzeugt wird, der den gewünschten Strahlstrom und die gewünschte Strahlgeschwindigkeit besitzt.3de 16 supplied potentials are chosen so that an electron beam is generated which has the desired jet current and the desired jet speed.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die den Injektor 8 bildenden Elemente die Achse 10 umgeben und von dieser einen Ab-From Fig. 3 it can be seen that the injector 8 forming elements surround the axis 10 and from this an ab-

stand aufweisen, und wie zuvor beschrieben, ermöglicht dies die Verwendung der in Verbindung mit Fig. 4 und 5 beschriebenen Polarisatoranordnung, die koaxial zum Wellenleiter angeordnetstand, and as previously described, this enables the use of those described in connection with FIGS. 4 and 5 Polarizer arrangement, which is arranged coaxially to the waveguide

Die Strahlgeschwindigkeit und der Auftreff-Winkel et- zurThe jet speed and the angle of incidence et to

Achse 10 wird so gewählt, daß die zur Achse normale Geschwindig-Axis 10 is selected so that the normal speed to the axis

keits-Komponente ein Kreisen der Elektronen in dem Strahl mit der Zyklotron-Frequonzcircling the electrons in the beam with the Cyclotron frequency

= m= m

erzeugt, die für das Zusammenwirken mit dem Hochfrequenzfeld der Frequenz to _o erforderlich ist, und daß die zur Achse parallele Geschwindigkeits-Komponente so ist, daß mehrere Perioden des kreisenden Strahls in dem Resonanz-Hohlraum vorhanden sind. Bei dem Ausführungsbeispiel kann das Verhältnis von normalen zu parallelen Komponenten der Geschwindigkeit 1:5 betragen. Wenn der Elektronenstrahl 4 durch den Wellenleiter 1 verläuft, gibt er allmählich Energie an das Hochfrequenz feld ab, das sich in der kreispolarisierten TEn-Mode im Wellenleiter fortpflanzt, wodurch dieses verstärkt wird. Magnetspulen 21 dienen dazu, daß der Strahl divergiert, nachdem er aus dem Wellenleiter 1 ausgetreten ist und auf den Kollektor-Bereich 22 eines Ausgangs-Wellenleiters 23 des Verstärkers auftrifft, der durch ein Fenster 24 abgedichtet ist.generated, which is necessary for the interaction with the high-frequency field of frequency to _o , and that the speed component parallel to the axis is such that several periods of the orbiting beam are present in the resonance cavity. In the exemplary embodiment, the ratio of normal to parallel components of the speed can be 1: 5. When the electron beam 4 passes through the waveguide 1, it gradually gives off energy to the high-frequency field, which propagates in the circularly polarized TEn mode in the waveguide, whereby this is amplified. Magnetic coils 21 serve to ensure that the beam diverges after it has emerged from the waveguide 1 and strikes the collector region 22 of an output waveguide 23 of the amplifier, which is sealed by a window 24.

Die aus dem Wellenleiter 1 austretende kreispolarisierte Strahlung kann gegebenenfalls zu der linear polarisierten TE_O2-Mode zurück umgesetzt werden, indem die Polarisationsanordnung gemäß Fig. 4 in umgekehrter Weise benutzt wird.The circularly polarized radiation emerging from the waveguide 1 can optionally be converted back to the linearly polarized TE _O 2 mode by using the polarization arrangement according to FIG. 4 in the opposite way.

Ein gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauter Gyro-Verstärker bildet eine zweckmäßige Anordnung zur Erzielung einer Zusammenwirkung von einem kroispolarisierten Hochfrequenzfeld mit einem kreisenden Elektronenstrahl.A gyro amplifier constructed in accordance with the present invention forms an expedient arrangement for achieving the interaction of a crois-polarized high-frequency field with a circling electron beam.

Claims (6)

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT 3233387 PATENTANWÄLTE IN HANNOVER THORN EMI-Varian Limited 100/630 PatentansprücheEIKENBERG & BRÜMMERSTEDT 3233387 PATENT LAWYERS IN HANNOVER THORN EMI-Varian Limited 100/630 patent claims 1.) Gyro-Verstärker, gekennzeichnet durch einen im Querschnitt kreisförmigen Wellenleiter zum Empfang von Strahlung, die einer kreispolarisierten elektrischen Wellen-Modo entspricht, und zur Bildung eines Zusammenwirkungs-Bereiches bei einer vorgegebenen Hochfrequenz; Mittel zum Empfang von Hochfrequenzstrahlung, die verstärkt werden soll und eine quer verlaufende elektrische Kode besitzt, und zur Umformung dieser Strahlung in eine Strahlung mit kreispolarisierter elektrischer Mode, wobei der Wellenleiter koaxial mit den Umformungsmittoln ausgerichtet ist, um die davon ausgehende kreispolarisierte Strahlung zu empfangen; Mittel zur Erzeugung eines axialen magnetischen Feldes solcher Stärke in dem Zusammenwirkungsbereich, daß ein Kreisen von Elektronen mit einer vorgegebenen Zyklotron-Frequenz bewirkt wird; Mittel zur Injizierung eines Elektronenstrahls in den Wellenleiter, der eine derart vorgegebene Geschwindigkeits-Komponente senkrecht zur Achse des Wellenleiters besitzt, daß die Elektronen 1.) Gyro amplifier, characterized by a waveguide of circular cross-section for receiving radiation which corresponds to a circularly polarized electrical wave mode, and for forming an area of interaction at a given high frequency; Means for receiving high frequency radiation to be amplified having a transverse electrical code and for converting this radiation into circularly polarized electrical mode radiation, the waveguide being coaxially aligned with the converting means for receiving the circularly polarized radiation emanating therefrom; Means for generating an axial magnetic field of such strength in the region of interaction as to cause electrons to circle at a predetermined cyclotron frequency; Means for injecting into the waveguide an electron beam having such a predetermined velocity component perpendicular to the axis of the waveguide that the electrons >i dem Strahl veranlaßt werden, in dem Magnetfeld der genannten Starke mit der Zyklotron-Frequenz und einer solchen Geschwindigkeits-Komponente parallel zur Achse zu kreisen, daß in dem Hohlraum mehrere Perioden des Strahls erzeugt werden.> i the beam caused in the magnetic field of the said Strong with the cyclotron frequency and such a speed component to orbit parallel to the axis that several periods of the beam are generated in the cavity. β Vβ V 2. Gyro-Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsnadel eine ringförmige Elektronen-Kanone enthalten, die koaxial zur Achse des Wellenleiters verläuft und einen hohlen linearen Elektronenstrahl, der die vorgegebene Geschwindigkeit besitzt, in Richtung auf die Achse mit einem Einfallswinkel richtet, der die genannten Geschwindigkeits-* Komponenten definiert, und daß Mittel vorgesehen sind, die das magnetische Feld parallel zu dem Strahl halten, wo dieser linear verläuft.2. Gyro amplifier according to claim 1, characterized in that the injection needle contains an annular electron gun which is coaxial with the axis of the waveguide and directs a hollow linear electron beam which has the predetermined speed in the direction of the axis with an angle of incidence , which defines the said speed * components, and that means are provided which keep the magnetic field parallel to the beam where it runs linearly. 3. Gyro-Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Umformungsmittel eine Reihenanordnung enthalten, die aus einem Rechteck/Kreis-Wellenloiter-Umformer zum Empfang von Hochfrequenzstrahlung mit einer quer verlaufenden elektrischen Mode und aus einem Kreispolarisator, der daraus Strahlung mit einer kreispolarisierten elektrischen Mode erzeugt, besteht.3. Gyro amplifier according to claim 1 or 2, characterized in that the converting means contain a series arrangement consisting of a square / circular waveguide converter for receiving high-frequency radiation with a transverse electrical mode and a circular polarizer, which has radiation therefrom a circularly polarized electrical mode is generated. 4. Gyro-Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Faraday-Rotator zwischen dem Rechteck/Kreis-Wellenleiter-Umformer und dem Kreispolarisator angeordnet ist.4. Gyro amplifier according to claim 3, characterized in that a Faraday rotator is arranged between the rectangular / circular waveguide converter and the circular polarizer. 5. Gyro-VorH ta'rker nach einem der vorhergehenden Ansprü ehe, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die das Magnetfeld zum Strahl in dessen linearen Bereich parallel halten, aus einer ringförmigen Macjnetspule bestehen, die koaxial zum Wellenleiter an der von den Mitteln zur Erzeugung des axialen Magnetfeldes abgekehrten Seite der Injektionsmittel angeordnet ist.5. Gyro-VorH ta'rker according to one of the preceding claims, characterized in that the means which keep the magnetic field parallel to the beam in its linear region consist of an annular Macjnetspule which is coaxial with the waveguide at the from the means for Generation of the axial magnetic field facing away from the injection means is arranged. 6. Gyro-Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter sich in Richtung des Ausgangs konisch erweitert.6. Gyro amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that the waveguide widens conically in the direction of the output. "'. Gyro-Verstärkor nach einem der vorhergehenden Ansprühe, dadurch gekennzeichnet·, daß Mittel vorgesehen sind, die am Ausgang des Wellenleiters erzeugte kreispolarisierte Strahlung in rihlung mit einer quer verlaufenden elektrischen Mode umsetzen.Gyro amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that means are provided which convert the circularly polarized radiation generated at the output of the waveguide into radiation with a transverse electrical mode.