DE1110326B

DE1110326B - Electron tubes for generating or amplifying short electrical waves

Info

Publication number: DE1110326B
Application number: DEB29634A
Authority: DE
Inventors: Dr Karl Fritz
Original assignee: Deutsche Elektronik GmbH
Current assignee: Deutsche Elektronik GmbH
Priority date: 1954-02-10
Filing date: 1954-02-10
Publication date: 1961-07-06

Description

Elektronenröhre zur Erzeugung oder Verstärkung kurzer elektrischer Wellen Die Erfindung betrifft eine Elektronenröhre zur Erzeugung oder Verstärkung kurzer elektrischer Wellen durch Richtungs- und Geschwindigkeitssteuerung der Elektronen in elektromagnetischen Feldräumen, wobei die Elektronenbahnen nahezu parallel zu den Feldlinien in Steuerspalten einlaufen, die durch mindestens eine zwischen den Elektronenbahnen und einem Hohlraumresonator eingesetzte neutrale, nicht resonanzfähige Blende gebildet werden.Electron tube for generating or amplifying short electrical Waves The invention relates to an electron tube for generation or amplification short electric waves by controlling the direction and speed of the electrons in electromagnetic field spaces, the electron trajectories being almost parallel to the field lines run into control columns, which are separated by at least one between the Electron paths and a cavity resonator used neutral, non-resonant Aperture are formed.

Es sind Elektronenröhren zur Erzeugung und/oder Verstärkung elektrischer Schwingungen bekannt, bei denen eine Elektronenströmung in Wechselwirkung mit elektromagnetischen Feldern tritt, die sich in Hohlraumresonatoren ausbilden. Dieser Wechselwirkungsmechanismus läßt sich als eine Richtungs-und Geschwindigkeitssteuerung beschreiben, die die Elektronen erfahren, wenn sie, in vorzugsweise kreis-oder parabelförmigen Bahnen nahezu parallel zu den steuernden elektrischen Feldlinien einlaufen.They are electron tubes for generating and / or amplifying electrical Known vibrations in which an electron flow interacts with electromagnetic Fields occurs that are formed in cavity resonators. This interaction mechanism can be described as a direction and speed control that the Electrons experience when they, preferably in circular or parabolic orbits run in almost parallel to the controlling electric field lines.

Es ist auch bekannt, bei derartigen Röhren eine Wechselwirkung zwischen der Elektronenströmung und der Hohlraumschwingung dadurch zu ei-zielen, daß mehrere voneinander getrennte oder unter sich gekoppelte Hohlräume durch Spalte, welche durch blendenartige Segmente voneinander getrennt sind, mit dem Laufraum der Elektronen verbunden sind.It is also known, in such tubes, an interaction between of the electron flow and the cavity oscillation by aiming at several cavities separated from one another or coupled to one another by gaps, which are separated from each other by diaphragm-like segments, with the movement space of the electrons are connected.

Feiner ist schon bei Magnetrons zwischen den der Kathode zugewandten freien Enden der Anodenstege je ein Gitterstab angeordnet worden, der zwischen den benachbarten Anodenstegen zwei Spalte bildet und nicht mit dem Schwingungsfeld des Anodenraumes gekoppelt ist. Diese Gitterstäbe haben aber lediglich die Aufgabe, mittels einer Steuerspannung den Gesamtanodenstrom des Magnetrons zu beeinflussen. In magnetrons, a lattice bar has already been arranged between the free ends of the anode bars facing the cathode, which bars form two gaps between the adjacent anode bars and are not coupled to the oscillation field of the anode space. These bars only have the task of influencing the total anode current of the magnetron by means of a control voltage.

Die erfindungsgemäße Elektronenröhre nutzt ebenfalls die Richtungs- und Geschwindigkeitssteuerung der Elektronen in elektromagnetischen Feldräumen aus, bei der die Elektronenbahnen im Steuerbereich nahezu parallel zu den steuernden elektrischen Feldlinien einlaufen, die durch mindestens eine zwischen den Elektronenbahnen und einem Hohlraumresonator eingesetzte neutrale, nicht resonanzfähige Blende gebildet werden, und ist dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Wahl der Länge der Blende in Laufrichtung der Elektronen die Laufzeit der Elektronen zwischen den von der Blende gebildeten beiden Spalten ein ganzzahliges Vielfaches der Schwingungsperiode des Hohlraumresonators ist, so daß ein bestimmtes Elektron in den beiden gleichphasig schwingenden Spalten gleiche Phasenverhältnisse der elektrischen Felder vorfindet. Unter einer neutralen, nicht resonanzfähigen Blende wird dabei eine Blende verstanden, deren an die benachbarten Steuerspalte angrenzende Flächen jeweils entgegengesetzt gleiches Hochfrequenzpotential aufweisen, so daß also in den beiden von ihr gebildeten Steuerspalten phasengleiche, jeweils in gleicher Richtung verlaufende hochfrequente elektrische Felder die Steuerung der Elektronenströmung bewirken. Der Hohlraumresonator kann in an sich bekannter Weise abstimmbar sein, auch können mehrere gemäß der Erfindung mit Blenden versehene Hohlraumresonatoren in Richtung der Elektronenbahnen hintereinander angeordnet sein.The electron tube according to the invention also uses the directional and speed control of electrons in electromagnetic field spaces, in which the electron trajectories in the control area are almost parallel to the controlling ones electric field lines enter through at least one between the electron paths and a neutral, non-resonant diaphragm inserted into a cavity resonator are, and is characterized in that by appropriate choice of the length of the In the direction of travel of the electrons, blend the transit time of the electrons between those of The two columns formed by the diaphragm form an integral multiple of the period of oscillation of the cavity resonator is so that a certain electron in the two is in phase oscillating columns finds the same phase relationships of the electric fields. A neutral, non-resonant diaphragm is understood to mean a diaphragm, their surfaces adjoining the adjacent control column are opposite in each case have the same high-frequency potential, so that in the two formed by it Control columns are in-phase high-frequency, each running in the same direction electric fields control the flow of electrons. The cavity resonator can be tunable in a manner known per se, and several can also be according to the invention cavity resonators provided with diaphragms in the direction of the electron paths one behind the other be arranged.

Der oder die Hohlräume können in der von Magnetfeldröhren her bekannten Bauweise in der Wandung eines zylindrischen Anodenkörpers ausgespart sein, in dessen Bohrung die Kathode angeordnet ist, wobei, um kreisförinige Elektronenbahnen zu erzielen, ein magnetisches Gleichfeld verwendet wird, das annähernd parallel zur Kathodenachse gerichtet ist. Die Elektronen können aber auch in an sich ebenfalls bekannter Weise aus einem seitlich des oder der Feldräume angeordneten Elektronenstrahlerzeugungssystem. ohne Anwendung eines konstanten magnetischen Querfeldes eingeschossen werden.The cavity or cavities can be in the manner known from magnetrons Design to be recessed in the wall of a cylindrical anode body, in which Bore the cathode is arranged, wherein, in order to circular electron orbits achieve, a magnetic constant field is used, which is approximately parallel to the Cathode axis is directed. The electrons can, however, also in themselves in a known manner from an electron beam generating system arranged to the side of the field space or spaces. be shot in without applying a constant magnetic transverse field.

In Verwirklichung des Erfindungsgedankens ergeben sich Bauformen von Röhren mit wenigen Schwingkreiselementen, die sich bei einfacher Konstruktion durch hohen Wirkungsgrad und große Durchstimmfähigkeit in einem weiten Frequenzbereich auszeichnen. Zur Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile sei auf die Zeichnung verwiesen. In ihr zeigt Fig. 1 eine Röhre mit einem zwei Spalten gemeinsamen abstimmbaren Hohlraumresonator, Fig. 2 eine Röhre mit vier Spalten und einem ihnen gemeinsamen Hohlraumresonator, Fig. 3 eine inverse Ausführungsfonn mit Außenkathode.Implementation of the inventive idea results in the construction of tubes with a few oscillating circuit elements, which, with a simple construction, are characterized by high efficiency and great tuning capability in a wide frequency range. To explain the invention and its advantages, reference is made to the drawing. 1 shows a tube with a tunable cavity resonator common to two columns, FIG. 2 shows a tube with four columns and a common cavity resonator, FIG. 3 shows an inverse embodiment with an outer cathode.

Die Fig. 1 zeigt teilweise den Anodenkörper 1 einer Entladungsröhre, in den ein Hohlraum 11 eingearbeitet ist. Dieser Hohlraum ist mittels des Schiebers 9 auf die Frequenz der zu erzeugenden oder zu verstärkenden Schwingung abstimmbar. Dort, wo sich der Hohlraum in den von der Elektronenströmung erfüllten Raum zwischen dem Anodenzylinder 1 und der Kathode 7 öffnet, ist eine Blende 12 parallel zur Kathode angeordnet. Sie bildet mit den öffnungskanten des Hohlraums zwei Spalte 13 und -14. Die Blende ist kein resonanzfähiges Gebilde; die Felder in den beiden Spalten schwingen daher bei Erregung des topfförmigen Hohlraumes in der Grundschwingung gieichphasig. Die gestrichelt eingezeichrieten Linien zeigen hier wie in den folgenden Figuren den Momentanzustand des elektrischen Feldes an. Für den Wechselwirkungsmechanismus zwischen Elektronenströmung und Spaltfeldem bestehen zwei Bedingungen, und zwar die Laufzeitbedingung für die Bewegung des Elektrons von Spalt 13 nach Spalt 14 und die Rückkoppelbedingung für die Rückübertragung von Energie von Spalt 14 nach Spalt 13. Damit auch im Spalt 14 dieselbe Energiebilanz wie im Spalt 13 besteht, muß das Elektron dort die gleiche Feldphase antreffen wie vorher. Dazu muß die Laufzeit des Elektrons zwischen den Spalten 13 und 14 gerade n Schwingungsperloden betragen (n ganzzahlig).Fig. 1 partially shows the anode body 1 of a discharge tube, in which a cavity 11 is incorporated. This cavity can be tuned to the frequency of the vibration to be generated or amplified by means of the slide 9. A diaphragm 12 is arranged parallel to the cathode where the cavity opens into the space filled by the electron flow between the anode cylinder 1 and the cathode 7. Together with the opening edges of the cavity, it forms two gaps 13 and 14. The diaphragm is not a structure capable of resonance; the fields in the two columns therefore oscillate in the fundamental oscillation in the same phase when the cup-shaped cavity is excited. As in the following figures, the dashed lines indicate the instantaneous state of the electric field. There are two conditions for the interaction mechanism between electron flow and gap fields, namely the transit time condition for the movement of the electron from gap 13 to gap 14 and the feedback condition for the return transfer of energy from gap 14 to gap 13.This means that the same energy balance in gap 14 as in Gap 13 exists, the electron must encounter the same field phase there as before. For this purpose, the transit time of the electron between columns 13 and 14 must be n oscillation periods (n integer).

Sollen mit einer Röhre gemäß der Erfindung Schwingungen nicht erzeugt, sondern nur verstärkt werden, so ist die Erfüllung der Rückkopplungsbedingung nicht erforderlich.If vibrations are not to be generated with a tube according to the invention, but are only strengthened, the feedback condition is not fulfilled necessary.

Läuft ein Elektron gegen die Richtung des Spaltfeldes an, so ist es phasenrichtig, im anderen Falle phasenfalsch. Das phasenrichtige Elektron dringt tiefer in die Bereiche höherer Felddichte ein und gibt dadurch viel Energie ab, während sich das falschphasige Elektron aus diesen Bereichen entfernt und wenig Energie aufnimmt. Die gesamte Energiebilanz über alle Elektronen und Phasen in der Zeiteinheit ist also positiv, es ist also Energiegewinn, d. h. Anregung möglich. Die Energie stammt aus der Gleichfeldgeschwindigkeit der Elektronen.If an electron runs against the direction of the slit field, it is in the correct phase, otherwise it is out of phase. The in-phase electron penetrates deeper into the areas of higher field density and thus emits a lot of energy, while the wrong-phase electron moves away from these areas and absorbs little energy. The total energy balance over all electrons and phases in the unit of time is therefore positive, so it is energy gain, i.e. H. Suggestion possible. The energy comes from the constant field speed of the electrons.

Für eine Schwingungsverstärkung sind mindestens zwei Hohlraumresonatoren notwendig, von denen der eine die Geschwindigkeitssteuerung übernimmt, während dem anderen die Energie entnommen wird, wie dies dem Fachmann aus ähnlichen Lösungen bekannt ist.There are at least two cavity resonators for vibration amplification necessary, one of which takes over the speed control, during the the energy is taken from others, as would be the case with similar solutions to those skilled in the art is known.

Fig. 2 zeigt als weiteres Beispiel einen Topfkreis 11 mit drei Blenden 12 und vier Spalten, während in Fig. 3 ein äquivalenter Kreis mit zwei Blenden 12 dargestellt ist, der mit einer Außenkathode 17 arbeitet.As a further example, FIG. 2 shows a pot circle 11 with three diaphragms 12 and four columns, while in FIG. 3 an equivalent circle with two diaphragms 12, which works with an outer cathode 17 , is shown.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electron tube for generating or amplifying short electrical waves by controlling the direction and speed of the electrons in electromagnetic field spaces, with the electron trajectories running almost parallel to the field lines in control gaps created by at least one neutral, non-resonant resonator inserted between the electron trajectories and a cavity resonator Aperture are formed, characterized in that by appropriate choice of the length of the aperture (12) in the direction of travel of the electrons, the transit time of the electrons between the two gaps (13 and 14) formed by the aperture (12) is an integral multiple of the oscillation period of the cavity resonator .

2. Electron tube according to claim 1, characterized in that the cavity resonator can be tuned to the frequency of the waves to be generated or amplified. Considered publications: German Patent Nos. 738 320, 862 786, 872 567; British Patent No. 611732; French Patent No. 993 492; U.S. Patent Nos. 2,527,699, 2,632,868; Physikalische Blätter, 1952, pp. 217 to 227; Electronies, May 1953, pp. 148-153.