DE1296709B

DE1296709B - Electron beam tubes for generating electrical pulses of very short pulse duration and method for generating pulse groups of limited duration with such an electron beam tube

Info

Publication number: DE1296709B
Application number: DE1962S0077510
Authority: DE
Inventors: Heynisch; Dipl-Phys Dr Hinrich
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1962-01-12
Filing date: 1962-01-12
Publication date: 1969-06-04

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlröhre zur Erzeugung von elektrischen Impulsen sehr kurzer Impulsdauer mit einem einen konstanten Strahlstrom abgebenden Elektronenstrahlerzeugungssystem.The invention relates to a cathode ray tube for generating electrical pulses of very short pulse duration with a constant beam current donating electron gun.

Elektronenstrahlröhren dieser Art sind bereits bekannt (vgl. die deutsche Patentschrift 1033 342). Das Eingangssignal wird dabei auf eine Querfeldsteuereinrichtung eingekoppelt, in der der Elektronenstrahl im Rhythmus der Frequenz des Eingangssignals ausgelenkt wird. Das Auskoppelsystem besteht aus einer Blende und einem in Elektronenstrahlrichtung dicht hinter der Blende angeordneten Hohlraumresonator. Die Blende ist so bemessen und in bezug auf den Elektronenstrahl so angeordnet, daß die durch die Querfeldsteuereinrichtung gegenüber der Ruhelage des Elektronenstrahls jeweils nach -der einen Seite ausgelenkten Elektronen auf die Blende auftreffen, während die jeweils nach der anderen Seite ausgelenkten Elektronen auch noch bei der größten Auslenkung den Hohlraumresonator durchsetzen.Cathode ray tubes of this type are already known (cf. the German Patent specification 1033 342). The input signal is sent to a transverse field control device coupled in, in which the electron beam in the rhythm of the frequency of the input signal is deflected. The decoupling system consists of a diaphragm and one in the electron beam direction cavity resonator arranged close behind the diaphragm. The aperture is sized like this and arranged with respect to the electron beam so that the cross-field control means with respect to the rest position of the electron beam each deflected to one side Electrons hit the diaphragm, while each to the other side deflected electrons even with the greatest deflection the cavity resonator push through.

Für Kodierungszwecke, Trägheitsuntersuchungen, Kabelmessungen und Zwecke der Nachrichtenübertragung werden häufig elektrische Impulse mit einer Impulsdauer in der Größenordnung von Nanosekunden und darunter benötigt. Die bisher bekannten Systeme zur Erzeugung von solchen Kurzzeitimpulsen erfordern einen großen Aufwand. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spezialröhre zu schaffen, mit der elektrische Impulse sehr kurzer Impulsdauer erzeugt werden können.For coding purposes, inertial studies, cable measurements and The purpose of message transmission is often electrical impulses with a pulse duration on the order of nanoseconds and below. The ones known so far Systems for generating such short-term pulses require a great deal of effort. The invention has for its object to provide a special tube with which electrical pulses of very short pulse duration can be generated.

Die zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagene Elektronenstrahlröhre zur Erzeugung von elektrischen Impulsen sehr kurzer Impulsdauer mit einem einen konstanten Strahlstrom abgebenden Elektronenstrahlerzeugungssystem ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl im Anschluß an das Strahlerzeugungssystem einen Modulationskreis durchsetzt, der eine höchstfrequente Längsfeldgeschwindigkeitssteuerung der Strahlelektronen bewirkt, und daß der solchermaßen geschwindigkeitsmodulierte Elektronenstrahl in eine Ablenkeinrichtung eintritt, in der der Elektronenstrahl quer zu seiner ursprünglichen Ausbreitungsrichtung in Richtung auf eine Blende mit nachfolgender Auffangelektrode abgelenkt wird.The cathode ray tube proposed to solve this problem for generating electrical pulses of very short pulse duration with one An electron gun which emits a constant beam current is according to the invention characterized in that the electron beam is connected to the beam generating system a modulation circuit interspersed, which a highest frequency longitudinal field velocity control of the beam electrons, and that the speed-modulated in such a way Electron beam enters a deflector in which the electron beam transversely to its original direction of propagation in the direction of a diaphragm with subsequent collecting electrode is deflected.

Eine erfindungsgemäße Elektronenstrahlröhre arbeitet nach dem Prinzip der Ablenksteuerung in einem Ablenkfeld, wobei der Elektronenstrahl infolge seiner vorausgegangenen Geschwindigkeitsmodulation mehr oder weniger stark seitlich abgelenkt wird. Der Elektronenstrahl wird dadurch in schneller Folge über die Blende mit nachfolgender Auffangelektrode hin- und hergelenkt. Die Gleichpotentiale derRöhrenelektroden sind dabei vorteilhaft so gewählt, daß der Elektronenstrahl am Ort der Blendenöffnung fokussiert ist. Wenn der Elektronenstrahl über die Blendenöffnung hinwegstreicht, entsteht auf der Auffangelektrode, die hinter der Blende angeordnet ist, jeweils ein kurzer Stromimpuls. Da bekanntlich eine Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahls bei sehr hohen Frequenzen erreichbar ist, können dabei Kurzzeitimpulse mit einer Dauer bis in die Größenordnung von 10-i2 Sekunden und darunter erzielt werden. Die Impulse werden zweckmäßig über eine Koaxialleitung oder einen Hohlleiter ausgekoppelt.A cathode ray tube according to the invention works on the principle the deflection control in a deflection field, the electron beam as a result of it previous speed modulation more or less strongly deflected laterally will. The electron beam is thereby in quick succession over the diaphragm with the following Collecting electrode moved back and forth. The DC potentials of the tube electrodes are advantageously chosen so that the electron beam at the location of the aperture is focused. When the electron beam sweeps across the aperture, arises on the collecting electrode, which is arranged behind the panel, in each case a short current pulse. As is well known, a speed modulation of the electron beam can be achieved at very high frequencies, short-term pulses with a Duration up to the order of magnitude of 10-i2 seconds and less can be achieved. the Impulses are expediently coupled out via a coaxial line or a waveguide.

Als Modulationskreis für den Elektronenstrahl kann jede bekannte Geschwindigkeitsmodulationseinrichtung dienen. Insbesondere kommt ein Einspalt-Hohlraumresonator oder eine an beiden Enden totalreflektierend abgeschlossene Verzögerungsleitung in Frage. Es ist aber auch möglich, einen breitbandigen Modulationskreis, z. B. in Form einer" an beiden Enden reflexionsfrei abgeschlossenen Wendel, zu verwenden.Any known speed modulation device can be used as a modulation circuit for the electron beam to serve. In particular, comes a single-gap cavity resonator or one at both ends totally reflective delay line in question. It is also possible to use a broadband modulation circuit, e.g. B. in the form of a "at both ends reflection-free closed helix to be used.

An Hand der Figuren der Zeichnung soll nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden.On the basis of the figures of the drawing, an exemplary embodiment is intended below of the invention will be explained.

Die F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Elektronenstrahlröhre in schematischer Darstellungsweise. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 1 mit einer ringförmigen Kathode erzeugt einen konstanten Strahlstrom aufweisenden Elektronenhohlstrahl 2. Dieser Elektronenhohlstrahl 2 durchläuft den Koppelspalt eines ringförmigen Hohlraumresonators 3, der durch elektrische Schwingungen sehr hoher Frequenz angeregt ist, und erhält dabei eine Geschwindigkeitsmodulation. Im Anschluß an den Hohlraumresonator 3 gelangt der Elektronenstrahl in das statische Ablenkfeld E, eines Zylinderkondensators, der aus dem Außenzylinder 4 und dem Innenzylinder 5 gebildet ist. Der Innenzylinder weist einen Ringschlitz 6 auf. Hinter dem Ringschlitz 6 ist koaxial im Innenzylinder 5 eine Auffangelektrode 7 angeordnet. Infolge seiner Geschwindigkeitsmodulation wird der Elektronenstrahl 2 durch das statische Ablenkfeld E, des Zylinderkondensators über den Ringschlitz 6 in schneller Folge hin- und hergelenkt (Pfeile 12) und erzeugt dadurch auf der Auffangelektrode 7 kurze Stromimpulse. Der Ringschlitz 6 kann dabei sehr schmal sein, falls das statische Ablenkfeld Eo und die Gleichgeschwindigkeit des Elektronenstrahls so eingestellt sind, daß der Elektronenstrahl an der Stelle des Ringschlitzes 6 fokussiert ist. Zur Auskopplung der Impulse ist der Innenzylinder 5 mit der Auffangelektrode 7 als Koaxialleitung ausgebildet. Um Impulse äußerst kurzer Zeitdauer auszukoppeln, kann jedoch auch der Innenzylinder 5 als Hohlleiter verwendet werden, wobei dann die Auffangelektrode so gestaltet ist, daß sie für den Hohlleiter als »Antenne« wirkt.The F i g. 1 shows a cathode ray tube according to the invention in FIG schematic representation. The electron gun 1 with a ring-shaped cathode generates a constant beam current having a hollow electron beam 2. This electron beam 2 passes through the coupling gap of an annular cavity resonator 3, which is excited and sustained by electrical oscillations of very high frequency thereby a speed modulation. Subsequent to the cavity resonator 3 arrives the electron beam into the static deflection field E, a cylindrical capacitor, which is formed from the outer cylinder 4 and the inner cylinder 5. The inner cylinder has an annular slot 6. Behind the ring slot 6 is coaxial in the inner cylinder 5 a collecting electrode 7 is arranged. As a result of its speed modulation the electron beam 2 is caused by the static deflection field E, of the cylindrical capacitor steered back and forth via the ring slot 6 in rapid succession (arrows 12) and generated as a result, short current pulses on the collecting electrode 7. The ring slot 6 can be very narrow if the static deflection field Eo and the constant velocity of the electron beam are adjusted so that the electron beam at the point of the ring slot 6 is focused. The inner cylinder is used to decouple the impulses 5 formed with the collecting electrode 7 as a coaxial line. To impulses extremely However, the inner cylinder 5 can also be used as a waveguide for a short period of time are used, in which case the collecting electrode is designed to be used for the waveguide acts as an "antenna".

Um Impulsgruppen begrenzter Zeitdauer zu erzeugen, kann das statische Ablenkfeld Eo auch niederfrequent moduliert werden. F i g. 2 zeigt schematisch eine entsprechende Einrichtung mit einer erfindungsgemäßen Elektronenstrahlröhre nach F i g. 1. Außer dem Höchstfrequenzgenerator S, der den Hohlraumresonator 3 speist, ist ein Generator 9 zur niederfrequenten Modulation des Ablenkfeldes Eo vorgesehen. Das statische Ablenkfeld E, wird über die Spannungsquelle 10 erzeugt. Im übrigen ist die Röhre so geschaltet, daß der Hohlraumresonator 3 gegenüber dem Elektronenstrahlerzeugungssystem 1 und die Ablenkeinrichtung 4, 5 wiederum gegenüber dem Hohlraumresonator 3 positives Gleichpotential hat. Den Ausgang der Röhre stellt wieder eine Koaxialleitung mit einem Abschlußwiderstand 11 dar, der gleich dem Wellenwiderstand der Koaxialleitung ist.In order to generate pulse groups of limited duration, the static Deflection field Eo can also be modulated at low frequencies. F i g. 2 schematically shows a corresponding device with a cathode ray tube according to the invention F i g. 1. In addition to the maximum frequency generator S, which feeds the cavity resonator 3, a generator 9 is provided for low-frequency modulation of the deflection field Eo. The static deflection field E is generated via the voltage source 10. Furthermore the tube is connected so that the cavity resonator 3 opposite the electron gun 1 and the deflection device 4, 5, in turn, are positive with respect to the cavity resonator 3 Has equal potential. The output of the tube is again provided by a coaxial line a terminating resistor 11 which is equal to the characteristic impedance of the coaxial line is.

An Stelle der Modulation des Ablenkfeldes kann zur Erzeugung von Impulsgruppen auch der Höchstfrequenzgenerator getastet werden, der den Modulationskreis erregt. In diesem Fall sind Impulsgruppen beliebiger Zeitdauer erzielbar.Instead of modulating the deflection field, pulse groups can be generated the maximum frequency generator that excites the modulation circuit can also be keyed. In this case, pulse groups of any duration can be achieved.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. Insbesondere kann an Stelle eines Elektronenstrahlerzeugungssystems zur Erzeugung eines Hohlstrahls ein System zur Erzeugung eines fadenförmigen Elektronenstrahls konstanten Strahlstroms vorgesehen werden. Der in entsprechender Weise geschwindigkeitsmodulierte Elektronenstrahl wird dann in das Ablenkfeld eines Plattenkondensators eingeschossen. Eine derart ausgebildete erfindungsgemäße Elektronenstrahlröhre eignet sich besonders für extrem kurze Impulse. Weiterhin ist es nicht notwendig, daß das statische Ablenkfeld elektrisch ist. Ebensogut kann ein magnetisches oder ein kombiniertes elektrisches und magnetisches Ablenkfeld angewandt werden.The invention is not limited to the illustrated embodiment. In particular, instead of an electron gun for generating a system for generating a hollow beam a thread-like Electron beam constant beam current are provided. The in corresponding Way speed-modulated electron beam is then in the deflection field of a Plate capacitor shot in. A cathode ray tube according to the invention designed in this way is particularly suitable for extremely short pulses. Furthermore, it is not necessary that the static deflection field is electrical. A magnetic or a combined electric and magnetic deflection field can be applied.

Claims

Claims: 1. Cathode ray tube for generating electrical pulses of very short pulse duration with an electron gun emitting a constant beam current, d a -characterized in that the electron beam passes through a modulation circuit following the beam generation system, which causes a high-frequency longitudinal field velocity control of the beam electrons, and that the Such a speed-modulated electron beam enters a deflection device in which the electron beam is deflected transversely to its original direction of propagation in the direction of a diaphragm with a subsequent collecting electrode.

2. Cathode ray tube according to Claim 1, characterized in that the modulation circuit a single-gap resonator is used.

3. Cathode ray tube according to claim 1, characterized characterized in that a modulation circuit is totally reflective at both ends completed delay line is used.

4. Cathode ray tube according to claim 1, characterized in that a modulation circuit is reflection-free at both ends completed delay line is used.

5. Cathode ray tube according to one of the Claims 2 to 4, characterized in that the electron gun a hollow beam is generated, the modulation circuit is designed in a correspondingly ring-shaped manner and the deflection device consists of a cylinder capacitor, the inner cylinder of which is hollow and has an annular slot forming the aperture, behind which the collecting electrode is arranged coaxially in the inner cylinder.

6. Cathode ray tube according to claim 5, characterized in that the coupling-out of the generated pulses from the collecting electrode takes place through the hollow inner cylinder, the inner cylinder either as a waveguide with the collecting electrode as an »antenna« or as an outer conductor of a Coaxial line with the collecting electrode acts as an inner conductor.

7. Procedure for Generation of pulse groups of limited duration with a cathode ray tube according to one of claims 1 to 6, characterized in that the static electrical and / or a low-frequency static magnetic field of the deflection device Alternating field is superimposed. B. Method of generating pulse groups more limited Duration with a cathode ray tube according to one of Claims 1 to 6, characterized characterized in that the maximum frequency generator that excites the modulation circuit, is keyed.