DE1144853B

DE1144853B - Electron beam tubes for amplifying, in particular, amplitude-modulated high-frequency signals of very short wavelengths

Info

Publication number: DE1144853B
Application number: DES72864A
Authority: DE
Inventors: Hans Greger; Dr Rudolf Mueller
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1961-03-07
Filing date: 1961-03-07
Publication date: 1963-03-07

Description

Elektronenstrahlröhre zur Verstärkung von insbesondere amplitudenmodulierten Hochfrequenzsignalen sehr kurzer Wellenlänge Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlröhre zur Verstärkung vorn insbesondere ampätudenmodulierten Hochfrequenzsignalen sehr kurzer Wellenlänge mit einem einen konstanten Strahlstxom abgebenden Elektronenstrahlerzeugungssystem, einem Einkoppelsystem, in dem die Strashlelektronen ran Rhythmus der Frequenz des Eingangssignals eine Auslenkung aus der Achse des unmoduherten Elektronenstrahls erfahren, und einem Auskoppelsystem mit nachfolgender Auffangelektrode, das aus einer Blende und einem in Elektronenstrahlrichtung dicht hinter dar Blende angeordneten Hochfrequenzausgangskreis besteht und das so bemessen ist, daß der den Ausgangskreis durchsetzende Elektronenstrahl Impulsform aufweist.Cathode ray tube for amplifying, in particular, amplitude-modulated Very short wavelength high frequency signals The invention relates to a cathode ray tube for the amplification of especially amp-age-modulated high-frequency signals very much short wavelength with an electron gun emitting a constant beam, a coupling system in which the Strashlelectrons ran the rhythm of the frequency of the Input signal a deflection from the axis of the unmodulated electron beam experienced, and a decoupling system with subsequent collecting electrode, which from a diaphragm and one arranged close behind the diaphragm in the electron beam direction High-frequency output circuit exists and that is dimensioned so that the output circuit having penetrating electron beam pulse shape.

Bekanntlich bestimmt sich der Wirkungsgrad von Elektronenstrahlröhren zur Venstärkung höchster Frequenzen aus dem Verhältnis von Hoehfrequenzausgangsleistung zur Gleiohstroanleistung des. Elektronenstrahls. Da die Hochfrequenzausgangsleistung unabhängig von der Gleichstromleistung des Elektronenstrahls sich besonders liei der Verst ärkung amplitudenmodulierter Hochfrequenzsignale laufend ändert, ist der Wirkungsgrad einer derartigen Röhre nicht konstant. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektronenstrahlrohre zur Verstärkung von insbesondere amplitudenmoduüerten HochfrequenzsignaJen sehr kurzer Wellenlänge zu schaffen, die bei hohem Wirkungsgrad im gesamten Betriebsbereich reit einem möglichst konstanten Verhältnis von Hochfrequenzausgangsleistnmg zur Gleichstromleistung des Elektronenstrahls arbeitet.As is well known, the efficiency of cathode ray tubes is determined to amplify the highest frequencies from the ratio of high frequency output power to the steady-state power of the electron beam. Because the high frequency output power independent of the direct current power of the electron beam is particularly easy the amplitude of amplitude-modulated high-frequency signals is constantly changing The efficiency of such a tube is not constant. The invention has the task based on a cathode ray tube for the amplification of amplitude modulators in particular High frequency signals create very short wavelengths that are highly efficient The ratio of high-frequency output power is as constant as possible throughout the entire operating range works for the direct current power of the electron beam.

Die Erfindung gehrt von der Überlegung aus, daß bei der Längenmodusartnon von Stromimpulsen proportional mit der Hochfrequenz die Gleichstromkomponente geändert wird. Entsprechend diesem Prinzip soll der den Ausgangskreis anregende Elektronenstrahl einer erfindungsgemäßen Elektronenstrahlröhre Impulsform mit in dar Länge modulierten Stromimpulsen erhalten.The invention is based on the consideration that in the length mode typenon of current pulses changed the direct current component proportionally with the high frequency will. According to this principle, the electron beam that excites the output circle should a cathode ray tube according to the invention with a pulse shape modulated in the length Receive current pulses.

Es ist bereits eine Elektronenstrahlröhre zur Versrtärkung und Amphtudenbegrenzung hochfrequenter Signalre des Dezimeter- und Zentimeterwellenbereichs bekannt, die aus einem einen konstanten Strahlstram abgebenden Elektroneenstrashlerzeugungssystem, einer. Querfeldsteuereinrichstung zur Auslenkung des Elektronenstrahls im Rhythmus der Frequenz des Eingangssignals und einem Auskoppelsystem mit nachfolgender Auffangelektrode bestehst und bei der das Auskoppelsystem von einer Blendre und einem in Elektronenstrahlrichtung dicht hinter fier Blende angeordneten Hohlraumresonator gebildet ist (vgl. die deutsche Patentschrift Nr. 1033 342). Die Blende ist dabei so bemessen und in bezug auf den Elektronenstrahl so angeordnet, daß die von dem Eavgangsugnal durch die QuerfeldsteuereinrIohtung jeweils in den einen Halbperioden nach der einen. Seite ausgelenkxen Elektronen auf die Blende auftreffen, während die jeweils in den anderen Halbperioden nach der anderen Seite ausgelenkten Elektronen auch noch bei der größten Auslenkung den Hohlrauinresanator durchsetzen. Der Elektronenstrahl regt also den Hohlraumres,onator mit Stromimpulsen an. Bei. diesen- Elektroneaistrahlröhre liegt die Blende wenigstens größenordnungsmäßig auf derer gleichen Gleichpotential wie die hinter dem HohlraumresonatoT Auffangelektrode, so daß eine nennenswerte Verbesserung des Wirkungsgrades nicht auMtt. Außerdem. isst bei der geschilderten bekannten Anordnung eine magnetische Fokussierung nicht möglich, da eine reine Querfeldsteuerung des Elektronznstrahls vorgenommen wird. Die Elektronenstnahldidhte (und damit auch der Wirkungsgrad) ist dadurch bei der bekamen ElektronenstrahlTöhre begrenzt.It is already a cathode ray tube for amplification and amphitheater limitation high-frequency signals of the decimeter and centimeter wave range known, the from an electron beam generating system which emits a constant beam stream, one. Transverse field control device for deflecting the electron beam in rhythm the frequency of the input signal and a decoupling system with a subsequent collecting electrode exist and in which the decoupling system of a Blendre and one in the electron beam direction is formed close behind fier aperture arranged cavity resonator (cf. the German Patent Specification No. 1033 342). The aperture is sized and with respect to the Electron beam arranged so that the output signal through the transverse field control device in each case in the one half-period after the one. Side deflected electrons hit the diaphragm, while each in the other half-periods after the other side deflected electrons even with the greatest deflection Enforce cavity resanator. The electron beam thus excites the cavity resonator with current pulses. At. This electron beam tube is the aperture at least of the order of magnitude of the same potential as that behind the cavity resonator Collecting electrode, so that no significant improvement in efficiency auMtt. Aside from that. eats a magnetic in the known arrangement described Focusing not possible because the electron beam is controlled purely in cross-field direction is made. The electron steel wire mesh (and thus also the efficiency) is thereby limited to the electron beam tube received.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer Elektronenströhre der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Elektronenstrahl in"'' ,einem statischen. magnetischen Längsfeld verläuft und der märe Abstand zwischen denn. in Elektronensüah h hwng kurzbemessenen. Eänkoppelsystem und dem, Auskoppelsystem wenigstens angenähert eint halbZyklatronwellenlängge beträgt.To solve the task at hand, an electron tube proposed according to the invention of the type mentioned at the outset that the electron beam in"'' , a static. magnetic longitudinal field and the mär distance between because. Shortly measured in electron level. Coupling system and the coupling system is at least approximately one-half cyclatron wavelength.

An Hand 't"" . in scherriatischer Darstellungsweise gehaltenetl, Figun de Zeichnung soll die Endung nachstehend näher erläutert werden. Dabei sind alle Teile weggel, die:n4cht zum Verständnis, der Erfindung notwendig erscheänen, z. B. die Vakuumhülle und das System zur Erzeugung des Magnegeldes. Es zeigt Fig. 1 einen ' Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrönensitrahlrähre, Fig. 2 das Bild der in Elektronenstrahlrichtung laufenden »Elektromzuwelle« einer erfindungsgemäßen Elclatronmetrahliöhre Fig. 3 den Värlaiuf von Eingangsspannung und zugehörigen. Stromimpulsen arm Ort des Ausgangskreises: Das Elekärorenstnahlerzauguatgssystem 1 erzeugt einen zeüäch konstanten Elektronenstrahl 10, der in einen statischen magnetischen Längsfeld B vedäuft. Das Einkoppelsystem, dem das zu verstärkende Eingangssignal zugeführt wird; besteht aus einem Hohlraumresoaktor 2 mit zwei kurzen Ablenkplafen 3 und 4, zwischen denen dar @EleküronenstraN hindurchläuft. »Kurz« bedeutet dabei, daß der Laufwinkel des Elekktranrahls im Bereich zwischen des: beiden Ablenkplatten 3 und 4 klein gegenüber 2 x ist. Infolge der transversalen hochfrequenten elektrischen Felder zwischen den Plätten 3 und 4 und des magnetischen Längsfeldes B erhalten die Elektronen des ankommenden (urmodulierten) Elektronenstrahls im Einkoppelsystem eine Zyklotronbewegung, die bekanntlich so beschaffen ist, daß die Elektronen zusätzlich zu ihrer longtudinalen Bewegung (in Richtung der Achse des unmoduläerten Elektronenstrahls) eine Rotationsbewegung ausführen. Da, die beiden Ablenkplatteü,=3;Y°4 kurz sind; wird dabei je nach der Richtung des zwischen den Ablenkplatten liegenden elektrischen - Hochfrequenzfeldes eine Rotationsbewegung nach rechts bzw. nach links hervorgerufen, wie die Fig. 2 zeigt. Es weiden also beide Zyklotronwellen mit gleicher Amplitude angeregt, so daß sich dieAussteuerungiimEinkoppelsystem im Idealzustand leistungslos vollzieht: Bei der geschilderten Zyklotronbewegung kehren bekanntlich die Elektronen nach einem Umlauf wieder zur Achse des urmodulierten Elektronenstrahls zurück. Die Strecke, die dabei in Elektronenstrahlrichtung zurückgelegt worden ist, wird als Zyklotronwellenlänge 9, bezeichnet. Die Elektronen sind dann in einem Abstand von einer halben Zyklotronwellenlänge (2,/2) hinter dem Einkoppelsystem maximal aus der Achse des urmodulierten Elektronenstrahls ausgelenkt. An dieser Stelle ist erfindungsgemäß das Auskoppelsystem angeordnet. Die Berandung desElektronenstrahls, zwischen Einkoppel-und Auskoppelsystem'" ist in, Fig. 1 durch die gestrichelten Linien 6 und 6' angedeutet. Das Auskoppelsystem besteht aus der konzentrisch zur Achse des urmodulierten Elektronenstrahls angeordneten Blende 7 und' dem Hohlraumresonator 8: Nur solche Elektronen, die im Einköppelsystem eine geringe transversale Auslenkung erfahren. haben, durchsetzen den Koppelspalt des Hohlraumresonatörs 8 und werden von der Auffangelektrode 9 aufgenommen. Alle übrigen Elektronen gelangen auf die Blende 7. Um die Verlustleistung des von der Blende 7 aufgenommenen Teiles des Elektronenstrahls gering zu halten, ist die Blende 7 mit einem Gleichpotential in der Größenordnung des Kathodenpotentials beaufschlagt. Die Verlustleistung einer solchen Elektronenstrahlröhre bestimmt sich also im wesentlichen nur noch aus der AuftrefEenergie der zur Auffangelektrode 9 gelangenden Elektronen.On hand 't "". kept in a scherriatic manner of representation, Fig In the drawing, the ending will be explained in more detail below. Everyone is there Parts gone that: Not necessary to understand the invention, z. B. the vacuum envelope and the system for generating the magnetic money. It shows Fig. 1 a 'longitudinal section through an electron radiation tube according to the invention, FIG. 2 the image of the "electric wave" running in the electron beam direction of an inventive Electron beam tube Fig. 3 shows the variation of input voltage and associated. Low current impulses Location of the output circuit: The Elekärorenstnahlerzauguatgssystem 1 generates a relatively constant electron beam 10, which is converted into a static magnetic Longitudinal field B disappears. The coupling system to which the input signal to be amplified is fed; consists of a cavity resonator 2 with two short deflection plates 3 and 4, between which dar @ EleküronenstraN runs. »Short« means that the angle of travel of the electric beam in the area between the: two deflector plates 3 and 4 is small compared to 2 x. As a result of the transverse high frequency electrical Fields between the plates 3 and 4 and the magnetic longitudinal field B obtained the electrons of the incoming (originally modulated) electron beam in the coupling system a cyclotron movement, which is known to be such that the electrons in addition to their longtudinal movement (in the direction of the axis of the unmodulated electron beam) perform a rotational movement. Since, the two baffles = 3; Y ° 4 are short; is depending on the direction of the electrical lying between the baffles - the high-frequency field causes a rotational movement to the right or to the left, as Fig. 2 shows. So both cyclotron waves graze with the same amplitude excited, so that the control in the coupling system is powerless in the ideal state takes place: In the described cyclotron movement, as is well known, the electrons return after one revolution back to the axis of the originally modulated electron beam. the Distance that has been covered in the electron beam direction is called Cyclotron wavelength 9. The electrons are then at a distance of half a cyclotron wavelength (2, / 2) behind the coupling system deflected along the axis of the primordial modulated electron beam. At this point is according to the invention the decoupling system arranged. The boundary of the electron beam, between coupling and Decoupling system '"is indicated in Fig. 1 by the dashed lines 6 and 6'. The decoupling system consists of the concentric to the axis of the primordial modulated electron beam arranged aperture 7 and 'the cavity resonator 8: only those electrons that are in Einköppelsystem experience a small transverse deflection. have to enforce the coupling gap of the cavity resonator 8 and are picked up by the collecting electrode 9. All other electrons reach the aperture 7. To reduce the power dissipation of the The part of the electron beam recorded by the aperture 7 is to be kept low Aperture 7 applied with a DC potential in the order of magnitude of the cathode potential. The power loss of such a cathode ray tube is therefore essentially determined only from the impact energy of the electrons reaching the collecting electrode 9.

Die Länge der den Hohlraumresonator 8 anregenden Elektronenstrahlimpulse hängt von der Größe der transversalen Auslenkung im Einkoppelsystem ab. Der Puls ist um so länger, je kleiner diese Auslenkung ist. Zur Verstärkung amplitudenmodulierter Signale muß daher dem Einkoppelsystem einer Röhre nach Fig. 1 das Eingangssignal in invertierter Form zugeführt werden. Man kann dies beispielsweise dadurch erreichen, daß man eine analoge, d. h. ebenfalls eine Inversion hervorrufende Röhre kleiner Leistungsfähigkeit vor den Röhreneingang schaltet.The length of the electron beam pulses exciting the cavity resonator 8 depends on the size of the transverse deflection in the coupling system. The pulse is the longer, the smaller this deflection is. For amplifying amplitude-modulated Signals must therefore the coupling system of a tube according to FIG. 1, the input signal are fed in inverted form. This can be achieved, for example, by that one has an analog, d. H. also a tube causing inversion smaller Power before the tube input switches.

Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Eingangsspannung UE(t) und der Stromimpulse i (t) am Ort des Ausgangskreises B. z ist dabei die Laufzeit über eine halbe Zyklotronwellenlänge, d. h. vom Einkoppel- zum Auskoppelsystem. Wenn die hochfrequente Spannung am Eingangskreis Null war, tritt jeweils ein Stromimpuls auf. Auf diese Weise entstehen pro Hochfrequenzperiode zwei Impulse, so daß die Röhre normalerweise als Verdoppler arbeitet. Wenn man erreichen will, daß keine Verdopplung auftritt, kann. man den Ablenkplatten 3, 4 des Einkoppelsystems außer der zu verstärkenden Hochfrequenzspannung noch eine: dieser Hochfrequenzspannung proportionale Spannung so zuführen, daß die Elektronen des Elektronenstrahls dann so ausgelenkt werden, daß der Punkt A der Elektronenbahn in, Fig. 2 über dem Loch der Blende 7 in Fig. 1 zu liegen kommt.Fig. 3 shows the time course of the input voltage UE (t) and the current pulses i (t) at the location of the output circuit, for example z is the transit time over half a cyclotron wavelength, ie from the coupling to the coupling system. If the high-frequency voltage on the input circuit was zero, a current pulse occurs. In this way there are two pulses per high frequency period, so that the tube normally works as a doubler. If you want to avoid duplication, you can. in addition to the high-frequency voltage to be amplified, a voltage proportional to this high-frequency voltage is fed to the deflection plates 3, 4 of the coupling system in such a way that the electrons of the electron beam are then deflected so that point A of the electron path in FIG comes to rest in Fig. 1.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. Insbesondere sind an Stelle der Hohlraumresonatoren auch Leitungen verwendbar, die longitud'inale Wellen führen. Der Vorteil von Leitungen an Stelle von Resonanzkreisen besteht in, der Erzielung einer größeren Bandbreite. Als Ausgangskreis sind deshalb besonders zwei parallel zueinander angeordnete Verzögerungsleitungen geeignet, zwischen denen die longitudinalen elektrischen Wellen laufen.The invention is not limited to the illustrated embodiment. In particular, instead of the cavity resonators, lines can also be used which carry longitudinal waves. The advantage of cables instead of resonance circuits consists in achieving greater bandwidth. As a starting circle are therefore particularly suitable for two delay lines arranged parallel to one another, between which the longitudinal electric waves travel.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Cathode ray tube for amplifying in particular amplitude-modulated high-frequency signals of very short wavelength with a one electron gun emitting constant beam current, a coupling system, in which the beam electrons deflect in rhythm with the frequency of the input signal from the axis of the primordial modulated electron beam and a decoupling system with a subsequent collecting electrode, which consists of a diaphragm and one in the electron beam direction There is a high-frequency output circuit arranged behind the diaphragm and this is so dimensioned is that the electron beam penetrating the output circle has a pulse shape, characterized in that the electron beam in a static magnetic Longitudinal field and the mean distance between that in the electron beam direction short coupling system and the decoupling system at least approximately half a Cyclotron wavelength is.

2. Cathode ray tube according to claim 1, characterized characterized in that the aperture with a (related to cathode potential) low positive equal potential is applied.

3. Cathode ray tube according to claim 2, characterized in that a diaphragm to the axis of the unmodulated electron beam concentrically arranged perforated diaphragm is used and the high-frequency signal to be amplified the coupling system in inverted form. is fed.

4. Cathode ray tube according to claim 3, characterized in that the High-frequency signal between two parallel opposing plates of the Coupling system acts on the electron beam.

5. Cathode ray tube after Claim 4, characterized in that for the purpose of amplitude modulation Modulation voltage to the two parallel opposite plates of the Coupling system is created.