DE898191C - Electron tubes for very short waves - Google Patents

Description

Elektronenröhre für sehr kurze Wellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenröhre für sehr kurze Wellen, die innerhalb der Röhre mittels einer die Wellen führenden Anordnung, vorzugsweise in Form einer Wendel, fortgeleitet und mit zwei Elektronenstrahlen unterschiedlicher Elektronengeschwindigkeit in Wechselwirkung gebracht werden. Die Elektronenröhre nach der Erfindung arbeitet nach dem bekannten Prinzip der sogenannten Zweistrahlröhre, zeichnet sich jedoch von den bisher bekannten Zweistrahlröhren vornehmlich durch die Eigenschaft eines erheblich geringeren Rauschens aus.Electron tube for very short waves The invention relates to an electron tube for very short waves that is inside the tube by means of a the shaft-guiding arrangement, preferably in the form of a helix, forwarded and interacts with two electron beams of different electron velocities to be brought. The electron tube according to the invention works according to the known The principle of the so-called two-beam tube, however, is distinguished from the previously known Two-beam tubes primarily due to the property of significantly lower noise the end.

Die bekannten Zweistrahlröhren sind meist folgendermaßen gebaut: Man ,erzeugt zwei Elektronenstrahlen mit Hilfe von zwei getrennten Kathoden oder Elektronenkanonen, die in bezug auf eine gemeinsame Beschleunigungselektrode auf unterschiedlichem Potential liegen. Hinter der Beschleunigungselektrode befindet sich ein Steuer-Organ, z. B. eine Wendel oder auch ein Hohlraumkreis, dem die Eingangsspannung zugeführt wird und der eine Modulation von Dichte oder Geschwindigkeit der Elektronen mindestens eines der beiden Strahlen erzeugt. Hinter dem Steuerorgan bewegen sich die beiden Strahlen gemeinsam in einem von elektrostatischen Feldern freien Raum, und bei geeignet gewählter Geschwindigkeitsdifferenz tritt hier infolge der Wechselwirkung zwischen den Raumladungsfeldern der Strahlen längs des Strahlenweges eine Verstärkung des Signals auf. Dies bedeutet, daß in den Strahlen längs ihres Weges ein Anwachsen der Wechselstromdichte der Elektronen erfolgt, so daß nach einer gewissen endlichen Strahlenlänge die Strahlen intensiv in ihrer Dichte moduliert sind, also eine hohe Wechselstromkomponente des Konvektionsstromes enthalten. The well-known twin-beam tubes are usually built as follows: One generates two electron beams with the help of two separate cathodes or Electron guns that relate to a common accelerating electrode different potential. Located behind the acceleration electrode a control body, z. B. a helix or a cavity circle to which the input voltage and the modulation of density or speed of the electrons at least one of the two beams is generated. Moving behind the controller the two beams together in a space free of electrostatic fields, and with a suitably selected speed difference occurs here as a result of the interaction a gain between the space charge fields of the rays along the path of the rays of the signal. This means that there is a growth in the rays along their path the alternating current density of the electrons takes place, so that after a certain finite Ray length the rays are intensely modulated in their density, thus contain a high alternating current component of the convection current.

Am Ausgang der Röhre treten diese Strahlen und damit der in ihnen erzeugte Konvektionswechselstrom in den Ausgangskreis ein und geben an diesen durch Abbremsung der Elektronen Wechselstromleistung der Frequenz des Eingangssignals ab. Der Ausgangskreis kann wiederum eine Wendel oder auch ein Hohlraumkreis sein. Infolge des beschriebenen Mechanismus der Wechselwirkung zwischen den beiden Strahlen ist der Konvektionswechselstrom im Ausgangskreis groß, d. h. die Ausgangsleitung größer als die zur Modulation im Eingangskreis aufgewendete. Die Röhre wirkt demnach als Verstärkerröhre. These rays emerge at the exit of the tube, and with them that in them generated convection alternating current in the output circuit and pass it through Deceleration of electrons AC power of the frequency of the input signal away. The output circle can in turn be a helix or a cavity circle. As a result of the described mechanism of interaction between the two rays the alternating convection current in the output circuit is large; H. the output line greater than that used for modulation in the input circuit. The tube works accordingly as an amplifier tube.

Es hat sich gezeigt, daß solche Zweistrahlröhren ein außerordentlich starkes Rauschen besitzen, das im allgemeinen so hoch ist, daß sich die Röhre als Anfangsstufenröhre nur sehr schlecht eignet. Dieses starke Rauschen ist in folgendem begründet: Der Mechanismus der Wechselwirkung zwischen den beiden Strahlen, der zur Verstärkung des Signals führt, tritt nicht allein in dem Raum zwischen Ein- und Ausgangskreis auf, sondern bereits in dem Raum zwischen Kathode und Eingangskreis. It has been shown that such two-beam tubes are an extraordinary have a lot of noise, which is generally so high that the tube turns out to be Initial stage tube only very poorly suited. This strong noise is in the following justified: the mechanism of interaction between the two rays, the leads to the amplification of the signal, does not only occur in the space between inputs and output circuit, but already in the space between the cathode and input circuit.

Schon hier besteht eine Wechselwirkung zwischen den Raumladungsfeldern der beiden Strahlen, und diese Wechselwirkung hat zur Folge, daß anfängliche Störungen bereits auf dem Wege zwischen Kathode und Eingangskreis verstärkt werden. Als solche Anfangsstörungen treten bekanntlich bei jeder Glühkathode die statischen Schwankungen von Dichte und Geschwindigkeit der Elektronen bei ihrem Austritt aus den Kathoden auf. Dies ist die bekannte Erscheinung des Schroteffektes. Infolge des endlichen Weges der Strahlen vor dem Eintritt in den Eingangskreis und entsprechend dem genannten Mechanismus der Verstärkung infolge Wechselwirkung zweier Strahlen werden also bei den bisher bekannten Röhren die Schwankungen bereits vor dem Eintritt der Strahlen in den Steuerkreis verstärkt. Dies bedeutet, daß bereits am Eingang der üblichen Zweistrahlröhren der Gleichstrom eine starke Rauschkomponente enthält.Even here there is an interaction between the space charge fields of the two rays, and this interaction results in initial disturbances are already amplified on the way between the cathode and the input circuit. As such It is well known that initial disturbances occur with every hot cathode, the static fluctuations the density and speed of the electrons as they exit the cathodes on. This is the well-known phenomenon of the shot effect. As a result of the finite Path of the rays before entering the input circle and according to the aforementioned Mechanism of amplification as a result of the interaction of two rays are thus at the previously known tubes the fluctuations before the rays enter reinforced in the steering committee. This means that already at the entrance of the usual Two-beam tubes the direct current contains a strong noise component.

Die Erfindung beseitigt diesen unerwünschten Effekt durch eine neue Bauart der Röhre. Dadurch läßt sich die Röhre auch in Anfangsstufen zur Verstärkung sehr schwacher Signale verwenden. The invention eliminates this undesirable effect with a new one Type of tube. This means that the tube can also be used in initial stages for amplification use very weak signals.

Die Erfindung macht davon Gebrauch, daß das Erzeugungssystem für den zweiten Strahl, in Richtung der Elektronenbewegung gesehen, hinter dem Eingangssystem angeordnet ist. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art wird der erste Elektronenstrahl von einer wendelförmigen Verzögerungsleitung umschlossen, die ihn längs seines wirksamen Weges lückenlos umgibt. Etwa in der Mitte der Verzögerungsleitung befindet sich das zweite Elektronenstrahlerzeugungssystem, das die Wendel von da an umgibt. Gegebenenfalls kann auch noch eine weitere Wendel vorgesehen sein, die ihrerseits den zweiten schlauchförmigen Elektronenstrahl umschließt. Während bei der bekannten Anordnung jedoch die mit dem ersten Elektronenstrahl in Beziehung stehende Wendel durchgehend ausgebildet ist, besteht die Erfindung darin, daß getrennte Eingangs- und Ausgangssysteme vorgesehen sind, zwischen denen das Strahlerzeugungssystem für den zweiten Elektronenstrahl liegt. Erst durch diese Maßnahme wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe einwandfrei gelöst.The invention makes use of the fact that the generation system for the second beam, seen in the direction of electron movement, behind the entrance system is arranged. In a known arrangement of this type, the first electron beam enclosed by a helical delay line that runs along it Completely surrounds the path. Located roughly in the middle of the delay line is the second electron gun surrounding the helix from then on. Possibly Another helix can also be provided, which in turn forms the second tubular Electron beam encloses. While in the known arrangement, however, with the first electron beam related helix formed continuously is, the invention is that separate entry and exit systems are provided are, between which the beam generating system for the second electron beam lies. It is only through this measure that the object on which the invention is based is achieved solved perfectly.

In an sich bekannter Weise kann die Kopplung der beiden Elektronenstrahlen dadurch erreicht werden, daß der zweite Elektronenstrahl den ersten Elektronenstrahl schlauchartig umgibt. Es ist aber auch möglich, umgekehrt den zweiten Elektronenstrahl innerhalb des ersten Elektronenstrahles verlaufen zu lassen. Der Eingangs- bzw. der Ausgangskreis kann durch einen oder mehrere Hohlraumresonatoren gebildet sein. Es können aber auch hier Verzögerungsleitungen, insbesondere Wendelstücke, verwendet werden. The coupling of the two electron beams can be carried out in a manner known per se can be achieved in that the second electron beam is the first electron beam surrounds like a hose. But it is also possible to reverse the second electron beam to run within the first electron beam. The entrance resp. the output circuit can be formed by one or more cavity resonators. However, delay lines, in particular pieces of helix, can also be used here will.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Zweistrahlröhre in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen in vereinfachter schematischer Darstellung. Vor dem Eingangssystem liegt hier lediglich eine einzige Kathode 1 mit einer Fokussierungselektrode 2 und einer Beschleunigungselektrode 3 und gegebenenfalls weiteren, der Einfachheit der Darstellung halber nicht näher veranschaulichten Elektroden. Der Eingangskreis ist mit 4 bezeichnet und als Verzögerungsleitung in Form einer Wendel ausgebildet, der das Eingangssignal von einem Generator 5 aus, z. B. einer Antenne, zugeführt wird. Hinter diesem Eingangskreis befindet sich erst das Elektronenstrahlerzeugungssystem für den zweiten Elektronenstrahl 6, der den ersten Elektronenstrahl 7 schlauchförmig umgibt. Die Kathode für den zweiten Elektronenstrahl ist ringförmig ausgebildet und mit 8 bezeichnet. Von Bündelungselektroden sind der Einfachheit der Darstellung halber außer einer Fokussierungselektrode 9 keine weiteren gezeichnet, lediglich eine zusätzliche Beschleunigungselektrode 10 ist veranschaulicht. The invention will be explained in more detail with reference to the drawing. The figure shows an embodiment of a two-beam tube in its for the invention essential parts in a simplified schematic representation. In front of the entrance system there is only a single cathode 1 with a focusing electrode 2 and an acceleration electrode 3 and possibly further, the simplicity of For the sake of illustration, electrodes not shown in more detail. The input circle is denoted by 4 and designed as a delay line in the form of a helix, the the input signal from a generator 5, e.g. B. an antenna is supplied. The electron beam generation system is located behind this input circuit for the second electron beam 6, which forms the first electron beam 7 in a tubular shape surrounds. The cathode for the second electron beam is ring-shaped and denoted by 8. From bundling electrodes are simplicity of illustration for the sake of a focus electrode 9 no further drawn, only an additional accelerating electrode 10 is illustrated.

Der Elektronenstrahl 7 besitzt einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser, und die Elektronen bewegen sich in der Umgebung der Achse der Röhre und in Richtung dieser Achse. Beim Durchtritt durch den Eingangskreis 4 wird den Elektronen des Elektronenstrahles 7 eine Modulation der Dichte und Geschwindigkeit im Takt der Frequenz des Eingangssignals aufgedrückt. The electron beam 7 has a relatively small diameter, and the electrons move around the axis of the tube and towards it this axis. When passing through the input circuit 4, the electrons of the Electron beam 7 a modulation of the density and speed in time with the Frequency of the input signal pressed.

Der durch das zweine Elektronenstrahlerzeugungssystem gebildete schlauchförmige Elektronenstrahl 6 umschließt den Strahl 7 eng, so daß die Raumladungsfelder beider Strahlen in inniger Wechselwirkung stehen. Die Kathode 8 befindet sich auf einem etwas anderen Potential als die Kathode 1, so daß dementsprechend die Elektronen in den beiden Strahlen 6 und 7 eine geringfügige Differenz ihrer axialen Geschwindigkeitskomponente haben, eine Bedingung, die für die Entstehung entdämpfter Raumladungswellen und damit für die Erzielung einer Verstärkung notwendige Voraussetzung ist. The tubular one formed by the two electron guns Electron beam 6 closely surrounds beam 7, so that the space charge fields of both Rays are in close interaction. The cathode 8 is on a slightly different potential than the cathode 1, so that accordingly the electrons in the two beams 6 and 7 a slight difference in their axial velocity component have, a condition for the creation of undamped space charge waves and so that is a necessary prerequisite for achieving reinforcement.

Im Raum zwischen Beschleunigungselektrode 10 und Ausgangskreis 11 vollzieht sich dann der Verstärkungsmechanismus durch die Wechselwirkung zwischen den beiden Strahlen in gleicher Weise wie blei den bisher bekannten Zweistrahlröhren.In the space between the acceleration electrode 10 and the output circuit 11 Then the reinforcement mechanism takes place through the interaction between the two beams in the same way as the previously known twin-beam tubes.

Die verstärkte Hochfrequenzleistung wird durch Abbremsung des Konvektionsstromes an den Ausgangskreis 11 und damit an den Verbraucher 12 abgegeben. Die beiden Strahlen werden schließlich von der Auffangelektrode 13 aufgefangen. Der Ausgangskreis ist wiederum als Wendel ausgebildet.The increased high frequency power is achieved by decelerating the convection current to the output circuit 11 and thus to the consumer 12. The two rays are finally collected by the collecting electrode 13. The starting circle is again designed as a helix.

Durch die Anordnung der zweiten Elektrode hinter dem Eingangskreis werden gegenüber den bekannten Zweistrahlröhren Vorteile erzielt. Da auf dem Wege zwischen der ersten Kathode I und der zweiten Kathode 8 allein ein einziger Elektronenstrahl von Natur aus einheitlicher Elektronengeschwindigkeit fließt, tritt längs dieses Weges keine Verstärkung der Anfangsschwankungen des Elektronenstrahles ,auf. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Systemen enthält also der Strahl beim Eintritt in den Raum zwischen Eingangs- und Aus.-gangskreis keine verstärkte Rauschkomponente sondern lediglich die Rauschkomponente entsprechend den Schwankungen der Kathodenemission. Die Wechselwirkung zwischen den Elektronenstrahlen und damit die Verstärkung des Eingangskreises tritt erst hinter dem Eingangskreis auf, d. h. an einem Ort, wo auch bereits das Signal verstärkt wird. Es gelingt also auf diese Weise, die in den bekannten Zweistrahlröhren auf dem Wege der Elektronen von der Kathode zum Eingangskreis auftretenden Verstärkungen des Rauschens zu beseitigen. Die Felge davon ist, daß die im Strahl enthaltene und am Ausgang auftretende Rauschkomponente wesentlich kleiner ist, so daß die Röhre bei ihrer praktischen Anwendung als Verstärkerröhre eine bedeutend kleinere Rauschziffer besitzt als die bisher bekannten Zweistrahlröhren. By arranging the second electrode behind the input circuit advantages are achieved over the known two-beam tubes. There on the way between the first cathode I and the second cathode 8 only a single electron beam Naturally uniform electron velocity flows along this Way no amplification of the initial fluctuations of the electron beam. in the In contrast to the previously known systems, the jet contains the entry No increased noise component in the space between the input and output circuit but only the noise component corresponding to the fluctuations in the cathode emission. The interaction between the electron beams and thus the amplification of the The input circle only occurs after the input circle, i.e. H. in a place where the signal is already being amplified. In this way, the in the well-known twin-beam tubes on the way of the electrons from the cathode to the input circuit to eliminate any amplification of the noise. The rim of this is that the noise component contained in the beam and occurring at the exit is essential is smaller, so that the tube in its practical use as an amplifier tube has a significantly lower noise figure than the previously known twin-beam tubes.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel soll lediglich das Prinzip der Erfindung veranschaulichen. Die Erfindung bleschränkt sich keineswegs auf die in diese Abbildung gezeigte Konstruktion und die in ihr dargestellten B;auelemente. Die Kathoden können durchaus andere Formen besitzen. Ein,gangs - und Ausgangskreis brauchen nicht Wendeln zu sein, es können an ihrer Stelle vielmehr beliebige Kreise oder Verzögerungsleitungen treten, die eine Geschwindigkeits- oder Dichtemodulation eines der beiden Strahlen im Eingangskreis ermöglichen bzw. im Ausgangskreis eine Abbremsung der Elektronen des Konvektionswechselstromes und damit leine Umwandlang von kinetischer Energie der Elektronen in elektromagnetische Feldenergie bewirken. Das Prinzip der Erfindung bezieht sich allgemein auf Zweistrahlröhren, bei denen zwei Elektronenstrahlen verschiedener Geschwindigkeit erzeugt werden. The embodiment shown in the drawing is intended only illustrate the principle of the invention. The invention is in no way limited on the construction shown in this figure and the elements shown in it. The cathodes can have other shapes. Input, input and output circuit do not need to be spirals, rather arbitrary circles can be used in their place or delay lines occur that have a speed or density modulation enable one of the two beams in the input circle or one in the output circle Deceleration of the electrons of the convection alternating current and thus leine conversion effect of kinetic energy of electrons in electromagnetic field energy. The principle of the invention relates generally to two-beam tubes in which two electron beams of different speeds are generated.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE: I. Elektronenröhre für sehr kurze Wellen, in der die Verstärkung auf der Wechselwirkung der Felder zweier Elektronenstrahlen unterschiedlicher Geschwindigkeit beruht und bei der das Erzeugungssystem für den zweiten Strahl, in Richtung der Elektronenbewegung gesehen, hinter dem Eingangssystem angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß getrennte Eingangs-und Ausgangssysteme vorgesehen sind, zwischen denen das Strahlerzeugungssystem für den zweiten Elektronenstrahl liegt. PATENT CLAIMS: I. Electron tube for very short waves in which the reinforcement on the interaction of the fields of two electron beams different Speed and at which the generating system for the second jet, viewed in the direction of electron movement, arranged behind the input system is characterized in that separate input and output systems are provided are, between which the beam generating system for the second electron beam lies. 2. Elektronenröhre nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strahl den ersten Elektronenstrahl schlauchartig umgibt. 2. Electron tube according to claim I, characterized in that the second beam surrounds the first electron beam like a hose. 3. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Elektronenstrahl innerhalb des ersten Elektronenstrahles verläuft. 3. Electron tube according to claim 1, characterized in that the second electron beam runs within the first electron beam. 4. Elektronenröhre nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Eingangs- und/oder Ausgangskreis nach Art von Hohlraumresonatoren ausgebildet sind. 4. Electron tube according to claim 1 to 3, characterized in that that the input and / or output circuit is designed in the manner of cavity resonators are. 5. Elektronenröhre nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Eingangs- und/oder Ausgangskreis Verzögerungsleitungen, insbesondere Wendelstücke, enthalten. 5. Electron tube according to claim 1 to 3, characterized in that that input and / or output circuit delay lines, especially helical pieces, contain. Angezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 974 99.6. Reference documents: French patent specification No. 974 99.6.