DE1541929C - Laufzeitrohre fur breites Frequenz band - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Laufzeitröhre für ein breites Frequenzband, bestehend aus einem Elektronenstrahlerzeugersystem, einer Auffangelektrode, einer Fokussieranordnung zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahls über eine größere Wegstrecke und einer mit Ein- und Auskoppelvorrichtungen versehenen, mit dem Elektronenstrahl verkoppelten Wechselwirkungsstrecke. Die Wechselwirkungsstrecke ist in eine Mehrzahl von Bereichen unterteilt, deren elektrische Eigenschaften bei unterschiedlichen Frequenzen gleich sind, wobei diese Frequenzen innerhalb des vorgegebenen Frequenzbandes in räumlich aufeinanderfolgenden Bereichen stetig ansteigen oder abnehmen.

Es sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden, die Bandbreite von Mikrowellenröhren zu erhöhen. Insbesondere stellen Hochleistungsröhren wie Elektronenstrahlröhren, die mit Geschwindigkeits- und/oder Strahldichtenmodulation arbeiten und zu denen auch Klystrons und Wanderfeldröhren gehören, einen Kompromiß zwischen Ausgangsleistung und Bandbreite dar. Man kann beispielsweise mit einem bekannten Mehrkammerklystron Ausgangsleistungen von mehreren Megawatt erzielen, jedoch beträgt hierbei die relative Bandbreite höchstens 10%. Auf der anderen Seite sind die Ausgangsleistungen typischer Wanderfeldröhren, merklich niedriger, jedoch ist die nutzbare Bandbreite solcher Wanderfeldröhren höher. Man kann auch durch Kombination von Klystrons mit Wanderfeldröhren die Bandbreiten erhöhen. Man muß dann aber Einbußen an anderen wichtigen Kenngrößen wie Ausgangsleistung, Frequenzunabhängigkeit der Ausgangsleistung, Verstärkung usw. in Kauf nehmen. Durch die Entwicklung immer komplizierterer elektronischer Apparaturen und Anlagen wächst daher laufend der Bedarf nach einer Röhre, die ein breites Frequenzband besitzt und innerhalb dieses Frequenzbandes eine gleichmäßig hohe Ausgangsleistung abgibt. . . ■

In der britischen Patentschrift 961 964 wurde eine Klystron-Verstärkerröhre beschrieben, die vier Hohlraumresonatoren aufweist, die nacheinander von einem Elektronenstrahl durchsetzt werden. Die Resonanzfrequenzen aufeinanderfolgender Hohlraumresonatoren steigen dabei in einer Rjchtung stetig (monoton) an. Der Gütefaktor Q bei Belastung nimmt dabei bei den niedrigen Frequenzen ab und steigt dann bei den höheren Frequenzen an. Die Gütefaktoren aller Hohlraumresonatoren sind daher verschieden voneinander. Der Wirkungsgrad dieser Röhre ist bei den einzelnen Frequenzen unterschiedlich.

In der französischen Patentschrift 969 886 wird eine Laufzeitröhre mit Wendelleitung beschrieben, für die eine Vergrößerung der Bandbreite auf maximal den zweifachen Wert angegeben wird. Bei einer Ausführungsform dieser Laufzeitröhre mit Wendelleitung steigt der Durchmesser dieser Wendelleitung in Richtung vom Elektronenstrahlerzeugersystem zur Auffangelektrode stetig an.

Es ergab sich die Aufgabe, eine Laufzeitröhre zu schaffen, die ein breites Frequenzband besitzt und innerhalb dieses Frequenzbandes eine gleichmäßig hohe Ausgangsleistung abgibt. Eifindungsgeinäß wird diese Aufgabe bei einer Laufzeitröhre der eingangs uenamiten Art dadurch gelöst, daß die Bereiche der Wechselwirkiingsstrecki: derart ausgebildet sind und die Fokussieranordnung den Elektronenstrahl derart konisch zusammenlaufend bündelt, daß beim Durchlaufen der Wechselwirkungsstrecke die elektrischen Eigenschaften an den aufeinanderfolgenden Bereichen sich mit dem Logarithmus der Frequenz periodisch wiederholen.

Nun hat man gefunden, daß die Anwendung des »logarithmisch-periodischen Prinzips« auf Wechselwirkungsstrecken und auf Elektronenstrahlen, die

ίο solche Wechselwirkungsstrecken durchsetzen, auf Breitbandröhren von höherem Wirkungsgrad führt, die beispielsweise als Breitbandverstärkerröhren verwendet werden können. In dieser Beschreibung werden die Ausdrücke »lögarithmisch-periodisch« oder

»auf iogarithmisch-periodische Weise« auf eine räumliche Folge von Bereichen einer Wechselwirkungsstrecke oder eines Elektronenstrahls angewendet, die so dimensioniert und angeordnet sind, daß sich ihre elektrischen Eigenschaften, ihre Impedanzen, periodisch mit dem Logarithmus der Betriebsfrequenz wiederholen, also beispielsweise mit der Frequenz des Eingangssignals. In anderen Worten ergibt sich dadurch, daß beim Auftragen der Frequenzen, bei denen sich die gleichen elektrischen Eigenschaften ergeben, auf einer Frequenzskala im logarithmischen Maßstab diese Punkte gleiche Abstände aufweisen.

Die Erzeugung konisch verlaufender Elektronenstrahlen wurde bereits in dem Artikel »Focussing of Electron Beams in increasing Magnetic Field« (Fokussierung von Elektronenstrahlen in zunehmenden Magnetfeldern), in »Proc. 5th Internat'! Congress on Microwave Tubes«, Paris, September 1964, S. 342 bis 348, in allgemeiner theoretischer Form behandelt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist eine Anzahl von eingestülpten Hohlraumresonatoren mit einem Wechselwirkungsspalt auf, wie sie bei Mehrkammerklystrons üblich sind. Diese Hohlraumresonatoren sind in einer Reihe angeordnet.

Diese Hohlraumresonatorreihe wird von einem konisch zusammenlaufenden Elektronenstrahl durchsetzt, der mit den Hohlraumresonatoren in Wechselwirkung tritt. Die Größe der Hohlraumresonatoren und ihre Resonanzfrequenz nimmt vom Eingang zum Ausgang der Röhre laufend ab, und auch der Durchmesser des Elektronenstrahls wird zum Röhrenausgang hin laufend kleiner.

. Der Ausdruck »logarithmisch-periodisch« wird entweder auf die Wechselwirkungsstrecke, den Elektronenstrahl oder auf beides gemeinsam angewendet, wenn sich ihre charakteristischen Eigenschaften fortschreitend periodisch ändern. Diese Änderungen hängen in hohem Maße von den geometrischen Abmessungen ab. Betrachtet man beispielsweise ein Anzahl hintereinander angeordneter Hohlraumresonatoren, wie sie bei Klystrons üblich sind, so ist jeder Hohlraumresonator das genaue Ebenbild des nächstfolgenden Resonators, jedoch mit dem Unterschied, daß die maßgebenden Abmessungen aller Teile je nach Fall vergrößert oder verkleinert sind. Auch die Durchmesser und die Längen der Driftröhren zwischen zwei Hohlrauinresonatoren werden fortschreitend kleiner, und durch diese fortschreitenden Verkleinerungen aller Abmessungen werden auch die Breiten der Wediselwirkungsspalte immer kleiner. Verwendet man bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsfonn als Verzögerungsleitung eine Wendel, die ein Spczialfall einer perhulisclun Wechselwir-

kungsstrecke ist, so kann man beispielsweise die Durchmesser aufeinanderfolgender Windungen verringern und die Windungen dichter wickeln. Auch die Drahtdicke und die Querabmessungen können ebenfalls fortschreitend abnehmen. In beiden Fällen nimmt der Durchmesser des Elektronenstrahles in der gleichen Richtung wie der Durchmesser der Wechselwirkungsstrecke, ab. Andere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung weisen Hohlraumresonatoren und Verzögerungsleitungen auf.

Im folgenden werden einzelne bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. .

F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, die als logarithmisch-periodischer Klystronverstärker verwendet wird;

F i g. 2 ist ein Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die ebenfalls ein logarithmisch-periodisches Mehrkammerklystron ist; _t

F i g. 3 zeigt das Phasen-Frequenz-Diagramm für die Ausführungsform nach F i g. 2;

Fig. 4 ist eine Abwandlung der Erfindung und j zeigt, wie das logarithmisch-periodische Prinzip auf eine Wanderfeldröhre mit einem Wendelleiter angewendet werden kann. · '

In der F i g. 1 ist dargestellt, wie das logarithmischperiodische Prinzip auf einen Klystronverstärker 10 angewendet werden kann. Der Klystronverstärker 10 weist eine Wechselwirkungsstrecke aus einer Anzahl koaxial angeordneter zylindrischer Hohlraumresonatoren auf. Die Hohlraumresonatoren 11 bis 18 sind innerhalb eines kegelstumpfförmigen Kolbenteils 27 der Röhre verteilt, während die untereinander gleichen Hohlraumresonatoren 19 bis 26 in einem zylindrischen Abschlußteil 28 des Röhrenkolbens augeordnet sind. Die Hohlraumsresonatoren 11 bis 18 innerhalb des kegelstumpfförmigen Kolbenteils 27 stellen eine logarithmische Progression dar, da die Betriebskennwerte der aufeinanderfolgenden Hohlraumresonatoren bezüglich ihrer Resonanz in geo- j metrischem Verhältnis abnehmen. In einer Ausführungsform der Erfindung wird die logarithmische Periodizität und die geometrische Progression in dem ,"^-. Sinne angewendet, daß jeder Hohlraumresonator das —^ Ebenbild desjenigen Hohlraumresonators ist, der in der Wechselwirkungsstrecke vor ihm angeordnet ist, j jedoch mit der Ausnahme, daß alle maßgebenden ! Abmessungen um einen konstanten Faktor verkleinert worden sind. Dieser Faktor soll mit »/>« bezeichnet werden. Diese logarithmische Periodizität mit geometrischer . Progression sollte über eine größere ; Anzahl von Hohlrauinresonatoren im Klystronver- ' stärker 10 fortgesetzt werden, und zwar nach Möglichkeit über mehr als drei Resonatoren. Wenn man den logarithmischen Faktor ρ auf den Resonatordurchmesser anwendet, erhält .man beispielsweise zuerst einen Resonator mit dem Durchmesser I₁. dem ein Resonator mit dem Durchmesser 0,9 folgt. Der darauffolgende Resonator hat dann einen Durchmesser von 0,81 usw. Den logarithmischen Faktor 3 So bzw. den Faktor der geometrischen Progression kann man dann als 0,9 definieren. Genausogut kann man sagen, daß längs der Wechselwirkimgsstrecke eine kontinuierliche Abnahme von K)¹Vo stattfindet.

F.ine andere vorteilhafte Ausgestaltung bestellt darin, die Resonatoren 11 bis 18 der logarilliinisdiperiodisclien Wedisehvirkiingsstrecke paarweise mit cenieiiisameii Zwisdieinsiinden 2') bis }h /11 versehen, die fortschreitend geringere Durchmesser aufweisen. Da die Durchmesser dieser Zwischenwände und auch ihr gegenseitiger Abstand fortschreitend kleiner werden, nimmt der Wandteil 37, der die HoIiI-raumresonatoren seitlich begrenzt, als Rotationsfläche die Form eines Kegelstumpfes an. Diese konische Verjüngung des Wandteils 37, die in der F i g. 1 übertrieben stark dargestellt ist, beinhaltet, daß von einem großen Durchmesser am Eingangsende 38 des Klystronverstärkers 10 ausgegangen wird und daß dann der Durchmesser zum Ausgangsende 39 des Klystronverstärkers 10 hin immer kleiner wird. Jeder Hohlraumresonator kann schrittweise kleiner als der von ihm angeordnete Hohlraumresonator sein, so daß der Wandteil 37 aus einer Reihe kurzer zylindrischer Abschnitte bestehen kann, durch die ein glatter Kegelstumpf auf die gleiche Weise approximiert wird, wie man eine beliebig gekrümmte Kurve oder einen Kreis durch eine Folge gerader Linienstücke annähern kann. Diese Approximation bezieht sich nur auf die äußere Gestalt, da die schrittweise·Verkleinerung der Dimensionen in einer geometrischen Progression erfolgt.

Die geometrische Progression beinhaltet auch, daß die Anzahl der Hohlraumresonatoren pro Längeneinheit der WechselwirKungsstrecke vom Eingangsende 38 aus zum Ausgangsende 39 der Röhre hin zunimmt. So nimmt beispielsweise der axiale Abstand zwischen den Zwischenwänden der Hohlrauinresonatoren zum Ausgangsende 39 hin laufend ab. Der axiale Abstand zwischen den Zwischenwänden 30 und 31 ist beispielsweise kleiner als der axiale Abstand zwischen den Zwischenwänden 29 und 30.

Die Hohlraumresonatoreh 11 bis 18 werden durch kurze koaxial angeordnete Rohrstücke 40 bis 48 vervollständigt, die als Driftröhren arbeiten, wie es bei Hohlraumresonatoren für Klystrons üblich ist. Diese Driftröhren weisen alle voneinander einen gewissen Abstand auf, so daß die bekannten Wechselwirkiingsspalte 49 bis 56 entstehen. Die Driftröhren 40 bis 48 sind als kurze Kegelstümpfe ausgebildet,, so daß sie einen Kanal für den Elektronenstrahl 57 bilden, der sich konisch verjüngt. Die konische Verjüngung des Elektronenstrahlkanals 57 folgt wieder dem logarithmisch-periodischen Prinzip, wie es in Verbindung mit den Hohlraumresonatoren 11. bis 18 beschrieben wurde. Man kann die Driftröhren jedoch auch als kurze Zylinderstücke ausbilden, deren Durchmesser nach einer geometrischen Progression abnehmen, so daß sie zusammen den konisch sich verjüngenden Elektronenstrahlkanal 57 annähern. Das Prinzip der geometrischen Progression wird auch auf die Wechselwirkungsspalte 49 bis 56 angewendet, die durch' zwei sich gegenüberstehenden Driftröhren gebildet sind. Diese Spalte werden nämlich auf das Ausgangsende 39 der Röhre zu imnier kleiner. Die laufende Abnahme der Spaltbreite erfolgt nach einer geometrischen Progression auf die gleiche Weise wie die Abnahme der Resonatorabmessungen.

Wenn man die Dimensionen von 'Hohlrauinresonatoren in einer geometrischen Progression'"laufend abnehmen läßt, so stößt man bald auf eine sehr große Anzahl sehr kleiner Abmessungen. So wird beispieN-weise in der Spitze einer sich verjüngenden Wechsel· wirkungsstrccke aus Hohlraumresonatoien die Anzahl der Resonatoren beliebig groß, während die Abmessungen dieser Resonatoren thenivli-i.li seilen Null lichen. Wenn jeslodi die Aii'nhl (.Lt llelilrauniivso-

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natorcn unverhältnismäßig groß und ihre Abmes- zur Eingangswandung 88 und zum Elektronenstrahlsungen unverhältnismäßig klein werden, wird der kanal 57 konzentrisch angeordnet ist. Das zylin-Wirkungsgrad sehr stark herabgesetzt, und man er- drische Isolierstück 87 ist an der Eingangswandung reicht sehr bald einen Punkt, der einen Kompromiß 88 angesetzt, die gleichzeitig die eine Wandung des darstellt, an dem die Röhre 10 und die Wechsehvir- 5 Hohlraumresonators 11 ist. Das zylindrische Isolierkungsstrecke aus den Hohlraumresonatoren abge- stück 87 ist außen von einer Stirnwand 89 verschlossen werden müssen. Dieser Punkt liegt an schlossen, an der die eigentliche Kathode 90 der einer Stelle, die sich merklich vor der Spitze der ko- Elektronenkanone 85 gehaltert ist. Die Kathode 90 nisch zusammenlaufenden Wechselwirkungsstrccke ist auf bekannte Weise ausgebildet. Sie weist einen befindet. Dadurch wird es aber erforderlich, die io Elektronenemitter auf, der üblicherweise aus einer Wechselwirkungsstrecke derart abzuschließen, daß Frilte aus einem hochwarmfesten Metall bestellt, die die Findverluste und andere störende Einflüsse ver- mit einer Bariumverbindung getränkt ist. Die elekniindert werden, die durch die große Anzahl unver- tronenemittierende Fläche ist in Fig. 1 mit 91 beliältnismäßig kleiner Holilraumresonatoren bedingt zeichnet worden. Die Fläche 91 ist konkav ausgebilsind. . 15 det. Ihr Durchmesser ist gleich oder größer als der

Man kann den Kolbenteil 27 der Röhre 10, der ko- Durchmesser des Elektronenstrahlkanals. Die Fläche

nisch ausgebildet dargestellt ist, dadurch abschließen, 91 wird durch einen kurzen Zylinderstutzen 92 ge-

daß man ihn noch vor der Spitze des Konus .an einer hahert, der an der Stirnwand 89 befestigt ist. Hinter

Stelle abschneidet, an der die Hohlraumresonatoren der elektronenmittierenden Fläche 91 ist ein Heiz-

der Wechselwirkungsstrecke bestimmte Mindest- 20 element 93 angeordnet, mit dem die eigentliche

cliniensionen unterschreiten. Dieses wird an anderer Kathode bis auf Emissionstemperatur aufgeheizt

Stelle vorgeschlagen. Man kann diesen Abschluß aber wird. Die Anschlußverbindungen für das Heizelement

auch durch einen weiteren kegelförmig zusammen- 93 sind mit 94 bezeichnet. Sie gehen isoliert durch

laufenden Teil vornehmen, in dem eine Anzahl von die Stirnwand 89 hindurch und werden mit einer

Hohlraumresonatoren untergebracht sind, die sich in 25 Stromquelle wie beispielsweise mit einer Batterie 95

ihrem Durchmesser unterscheiden, sonst aber iden- verbunden.
tisch sind. Um die eigentliche Kathode 91 herum ist ein

I£in besonders günstiger Abschluß ergibt sich, Fokussierungsteil 96 angeordnet, der bei 97 nach

wenn man einen kurzen Zylinder 28 verwendet, in außen breiter wird. Dieser Fokussierungsteil 96 ist

dem eine Anzahl von untereinander gleichen Hohl- 30 elektrisch mit der Stirnwand 89 verbunden. Den Ein-

raumr'csonatorcn angeordnet ist. Die Anzahl der gang des Elektronenstrahlkanals 57 bildet ein kreis-

Hohlraumrcsonatoren in dem Abschlußzylinder 28 ist ringförmiger Block 98. der konzentrisch zur eigent-

iiblicherweise geringer als die Anzahl der Hohlraum- liehen Kathode 91 und konzentrisch zum Elektronen- ,

resonatoren in dem kegelförmigen Teil 27. Sie kann Strahlkanal 57 angeordnet ist. Der Fokussierungsteil

jedoch auch gleich oder größer sein. 35 96 und der kreisringförmige- Block 98 bzw. ihre

An der Ubergangslinie zwischen den beiden Wand- Oberflächen 97 und 99 sind derart ausgebildet, daß teilen 27 und 28 kann entweder eine gemeinsame das elektrische Feld zwischen ihnen den Elektronen-Seitenwand zweier Hohlraumresonatoren wie bei- strahl fokussiert, so daß der Elektronenstrahl in der spielsweise die Seitenwand 37 angeordnet sein oder gewünschten Geometrie in den Elektronenstrahlkanal aber das Volumen eines Hohlraumresonators. Das 40 57 eintritt.

hängt von der Anzahl der verwendeten Resonatoren Der Kollekor86 und die restlichen Teile des

sowie von ihrer Anordnung ab. Es ist wünschens- Klystrons 10 sind elektrisch leitend ausgebildet. Wenn

wert, daß der letzte Hohlraumresonator im kurzen man daher die Stirnwand 89 mit dem negativen Pol

Zylinderteil 28 durch die gedachte Spitze 84 des ko- und die Wechselwirkungsstrecke nebst dem Kollektor

nisch zusammenlaufenden Wandteils 27 hindurch- 45 mit dem positiven Pol einer Batterie 100 verbindet,

geht. Das ist durch den Schnittpunkt der beiden werden die Elektronen, die von der Kathode 91

Konuslinien 82 und 83 angedeutet. Diese beiden emittiert werden, vom elektrischen Feld zwischen

Konuslinien sind den Verlängerungen des konischen dem Fokussierteil 96 und dem kreisringförmigen

Wandteils 27 äquivalent und definieren die gedachte Block 98 fokussiert, so daß diese Elektronen als

Kegelspitze 84 durch ihren Schnittpunkt. Man sieht 50 Elektronenstrahl 101 den Kanal 57 entlanglaufen und

beispielsweise in Fig. 1. daß die gedachte Kegel- im Kollektor86 aufgefangen werden. Der Kollektor

spitze 84 durch die letzte Stirnwand 65 des Hohl- 86 kann als Metallblock mit einer Auffängeröffnung

raiimresonators 26 hindurchgeht. 102 ausgebildet und außerdem mit Kühlvorrichtun-

Um durch den Elektronenstrahlkanal 57 einen gen versehen sein, wie es üblich ist.
Elektronenstrahl hindurchführen zu können, ist am 55 Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist darin Eingangsende 38 des Klystrons 10 eine Elektronen- zu erblicken, daß sich die Wechselwirkungseigenkanone 85 angeordnet. Am Ausgangsende 39 des schäften des Elektronenstrahls 101 mit dem Teil 27 Klystrons 10 ist dagegen ein an sich bekannter EIek- der Wechselwirkungsstrecke vom Eingangsende 38 tronenkollektor 86 vorgesehen. Die in Fig. 1 darge- aus zum Ausgangsende39 des Klystrons 10 hin loga- , •stellte Elektronenkanone ist nur ein Beispiel für zahl- 60 rithmisch-periodisch ändern. Diese logarithmisch-¹ reiche brauchbare Kathoden dieser Art. Eine andere periodischen Wechselwirkungseigenschaften des Elekbrauchbare Kathode ist in der USA.-Patentschrift tronenstrahls 101 beinhalten einmal die Wechselwir-3 046 442 beschrieben. Weiterhin sei in diesem Zu- kung des Elektronenstrahls mit der Wechselwirkungssammenhang auf das Buch »Theory and Design of strecke im gesamten, im besonderen im Vergleich mit Electron Beams« von J. R. Pierce verwiesen, das 65 einem zylindrisch ausgebildeten Elektronenstrahl in im Verlag Nostrand Co., Inc., New York, N. Y., einer zylindrischen Wechselwirkungsstrecke, und zu-1949, erschienen ist. Die Elektronenkanone nach sätzlich die Wechselwirkungseigenschaften der ein-F i g. 1 weist ein zylindrisches Isolierstück 87 auf, das zelnen Strahlabschnitte mit den aufeinanderfolgenden

Hohlraumresonatoren der Wechselwirkungsstrecke. Diese logarithmisch-periodischen Wechselwirkungseigenschaften werden dadurch hervorgerufen, daß man · den Elektronenstrahl 101 konisch zusammenlaufend ausbildet. Der. Elektronenstrahl 101 weist einen konisch zusammenlaufenden Strahlabschnitt auf, dessen in gleichmäßigen Abständen gemessenen . Querschnitte progressiv abnehmende Durchmesser aufweisen. Diese Abnahme der Durchmesser erfolgt auf die gleiche Weise, die bereits in Verbindung mit den Durchmessern der Trennwände 29 bis 36 in dem konisch zusammenlaufenden Abschnitt 27 der Wechselwirkungsstrecke beschrieben worden ist.

Es sei bemerkt, daß der konisch zusammen-" laufende Elektronenstrahl, wie er beschrieben wurde, für sich allein das logarithmisch-periodische Prinzip nicht beinhaltet, da eine Definition von Strahlabschnitten vorgegebener Länge nicht gegeben ist. Das logarithmisch-periodische Prinzip kommt aber zum Tragen, wenn der Elektronenstrahl denjenigen Abschnitt der Wechselwirkungsstrecke durchsetzt, dessen Abmessungen nach einer geometrischen Progression kleiner werden. Innerhalb dieses Ab-/. schnittes der Wechselwirkungsstrecke läßt sich jedoch das logarithmisch-periodische Prinzip und das Prinzip der geometrischen Progression durch die getrennte Betrachtung aufeinanderfolgender Querschnitte durch die Wechselwirkungsstrecke und den Strahl ableiten, da solche Querschnitte Strahl-. abschnitte begrenzen, deren Durchmesser und Länge immer kleiner werden. Um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, kann man die konisch zusammenlaufende Form des Elektronenstrahls auch anders annähern. Man kann beispielsweise den Elektronenstrahl aus verschieden kurzen axialen Strahlabschnitten zusammensetzen oder dafür sorgen, daß die Elektronenkonzentration in den verschiedenen Strahlabschnitten unterschiedlich wird. Wichtig ist nur, daß insgesamt die gleiche Wirkung wie mit einem konisch zusammenlaufenden Elektronenstrahl erzielt wird.

Im Abschnitt 28 der Wechselwirkungsstrecke, der für den richtigen Abschluß der Wechselwirkungsstrecke sorgt, braucht der Elektronenstrahl nicht mehr konisch zusammenzulaufen. Innerhalb des j kegelstumpfförmig ausgebildeten Teils 27 der Wechselwirkungsstrecke sollte jedoch auch der Elektronenstrahl konisch zusammenlaufend ausgebildet sein. Der konische Teil des Elektronenstrahls sollte zumindest so lang wie drei hihtereinanderliegende Hohlraumresonatoren im Teil 27 der Wechselwirkungsstrecke sein. Noch besser ist es, wenn der konisch zusammenlaufende Teil des Elektronenstrahls so lang wie der gesamte konische Teil der Wechselwirkungsstrecke ist. Um den Wirkungsgrad, die Verstärkung und die Bandbreite möglichst groß zu machen, sollten die logarithmisch-periodischen Faktoren ρ für den Strahl und für die Wechselwirkungsstrecke etwa gleiche Werte aufweisen, und außerdem sollte der Elektronenstrahl den Elektronenstrahlkanal'innerhalb der Wechselwirkungsstrecke praktisch vollständig ausfüllen. Man kann den Faktor ρ im Elektronenstrahl aber auch kleiner machen.
• Wie man den Querschnitt eines Elektronenstrahls ändern oder einem Elektronenstrahl eine konisch zusammenlaufende Gestalt geben kann, ist bekannt. Hierzu kann man den Elektronenstrahl elektro- oder magnetostatisch fokussieren. Man kann aber auch eine elektromagnetische Fokussierung oder eine Fokussierung durch andere elektrische Felder durchführen, durch die der Querschnitt des Elektronenstrahls die gewünschte Form erhält. In einer Ausführungsform der Erfindung wird zum Fokussieren eine Spule 103 verwendet, die sich den ganzen Elektronenstrahlkanal 57 entlang erstreckt. Die Spule 103 weist einen konischen Teil 104 auf, der den konisch zusammenlaufenden Teil 27 des Klystronverstärkers 10 umgibt. Der andere Teil 105 der ίο Spule 103.ist zylindrisch ausgebildet und umgibt den Teil 28 der Wechselwirkungsstrecke. Außerdem wird auch die Anzahl der Windungen oder die Windungsdichte im konischen Teil der Spule 103 geändert, um . dem Elektronenstrahl 101 genau die konische Form zu geben, die gewünscht wird. Die Windungsdichte im Spulenabschnitt 104 steigt auf einen Maximalwert an, der beim Übergang zum Spulenabschnitt 105 liegt. Von dort an läuft der Elektronenstrahl unter der Wirkung eines homogenen Magnetfeldes zylindrisch weiter. Wenn man eine Magnetspule verwendet, kann man die Spule selbst zusammenlaufen lassen oder konisch ausbilden, um das Magnetfeld in Übereinstimmung mit der gewünschten konischen Form des Elektronenstrahls fortlaufend stärker zu machen. Man kann beispielsweise eine konisch oder eine zylindrisch ausgebildete Spule verwenden, in der die Windungszahlen oder die Windungsdichte auf ein Ende des Klystrons hin laufend zu- oder abnehmen. Die Fokussierung durch Permanentmagnete ist nach der Erfindung ebenfalls möglich. Hierzu kann man einen oder mehrere Magnete an der Achse des Klystrons entlang anordnen, so daß die magnetischen Feldstärken auf ein Ende der Röhre hin anwachsen. Man kann aber auch eine Anzahl von Elektromagneten, Permanentmagneten, elektrostatischen Linsen oder Kombinationen daraus verwenden, um dem Elektronenstrahl eine konische Gestalt zu geben, beispielsweise derart, daß der Durchmesser des Elektronenstrahls im zylindrischen Teil 28 der Wechsel-Wirkungsstrecke ein Viertel des Elektronenstrahldurchmessers am Eingang in die Driftröhre 40 beträgt. Man kann auch eine Reihe von Fokussierungsvorrichtungen verwenden, durch die der konusförmige Verlauf des Elektronenstrahls durch eine Folge gerader Linien oder durch eine Anzahl gekrümmter Kurvenstücke angenähert wird.

Wenn man das logarithmisch-periodische Prinzip auf den Elektronenstrahl durch konusförmige Ausbildung des Strahles anwendet und wenn man zusätzlich einen konisch ausgebildeten Elektronenstrahlkanal verwendet, so zeigt es sich, daß das logarithmisch-periodische Prinzip alle wesentlichen Einzelteile der Röhre beherrscht, die zur Erzeugung und Ausgangsleistung zusammenwirken. Hierdurch wird der Wirkungsgrad und damit die Bandbreite des Klystrons größer. ■ ■ .

Um in den Klystronverstärker 10 Leistung einkoppeln oder aus dem Verstärker Leistung auskoppeln zu können, wird eine Übertragungsleitung 106 oder etwas Ähnliches verwendet. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Übertragungsleitung als elektrisch leitender Stab 107 ausgebildet, der durch die Trennwände der hintereinander angeordneten Hohlraumresonatoren im Klystronverstärker 10 hindurchgeht. Am Eingangsende 38 weist der Klystronverstärker 10 ein kurzes Rohrstück auf, durch das der Stab 107 hindurchgeht. Der Stab 107 ist von dem kurzen Rohrstück 108 durch ein

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keramisches Fenster 109 elektrisch isoliert, das den Innenraum der Röhre vakuumdicht verschließt. Am Ausgangsende 39 des Klystronverstärkers 10 sind ebenfalls ein kurzes Rohrstück 108' und ein weiteres keramisches Fenster 109' vorgesehen. Der Stab 107 ist zweckmäßigerweise auch von den Trennwänden der Hohlraumresonatoren elektrisch isoliert, durch die der Stab hindurchgeht, so daß der Stab 107 vom Klyströnverstärker 10 völlig isoliert ist. An Stelle einer Übertragungsleitung kann man zum Ein- und Auskoppeln auch Koppelschleiferi verwenden.

Zum Betrieb des erfindungsgemäßen Klystronverstärkers wird die Elektronenkanone 85 unter Strom gesetzt, so daß sie einen Elektronenstrahl erzeugt, der konisch zusammenlaufend durch die verschiedenen Hohlraumresonatoren und Wechselwirkungsspalte hindurch bis zum Röhrenkollektor 86 läuft. Nun wird dem Klystronverstärker 10 über den Stab 107 vom Kathodenende 38 her ein Eingangssignal vorgegebener Frequenz zugeführt. Der Stab 107 führt dieses Eingangssignal dem konisch zusammenlaufenden Abschnitt 27 der Wechselwirkungsstrecke zu, wo es bestimmte Bereiche in einem oder mehreren Hohlraumresonatoren erregt, deren Eigenfrequenzen der Frequenz des Eingangssignals benachbart sind. Nun findet in den Wechselwirkungsspalten die zu diesen Hohlraumresonatoren gehören, eine starke Wechselwirkung statt, wie es bei Klystrons üblich ist. Ein nachfolgender Bereich der Wechselwirkungsstrecke aus einem oder mehreren Hohlraumresonatoren nimmt die Energie aus dem Elektronenstrahl wieder auf und gibt sie als verstärkte Ausgangsenergie wieder an die Übertragungsleitung ab. Unter »Bereich« soll hier ein Teil oder ein Abschnitt einer axial verlaufenden Wechselwirkungsstrecke verstanden werden, das aus einem oder mehreren Resonatoren besteht, die durch ein Eingangssignal erregt werden.

Man kann die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Klystronverstärkers auch auf folgende Weise beschreiben: Ein hochfrequentes Eingangssignal breitet sich auf dem Stab 107 aus und läuft dabei durch einen oder mehrere der größeren Hohlraümresonatoren hindurch, die mit der Frequenz des Eingangssignals nicht schwingen können. Schließlich erreicht das Eingangssignal einen Bereich in der konisch ausgebildeten Wechselwirkungsstrecke 27 des Klystronverstärkers 10, in dem die Eigenfrequenzen der Hohlraumresonatoren in der Nähe der Frequenz des Eingangssignals liegen. Diese Hohlraumresonatoren werden von der Frequenz des Eingangssignals auf bekannte Weise selektiv erregt, was in den Wechselwirkungsspalten, die diesen Hohlraumresonatoren zugeordnet sind, zu einer starken Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl führt. Wenn sich das Eingangssignal weiter auf das kleinere Ende des Klystronverstärkers hin ausbreitet und auch im Abschnitt 28 der Wechselwirkungsstrecke weiterläuft, läuft es durch Hohlraumresonatoren hindurch, die ihrer zu kleinen Eigenfrequenzen wegen ebenfalls nicht mit der Frequenz des Eingangssignals schwingen können, so daß die Wechselwirkung immer schwächer und schließlich vernachlässigbar klein wird. Das verstärkte Ausgangssignal wird dann über den Stab 107 am Aiisgangsende des Klystronverstärkers 10 ausgekoppelt.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Klystronverstärkers kann auch auf folgende Weise beschrieben werden: Wenn sich eine ganz bestimmte Energiemenge mit einer vorgegebenen Frequenz von einem Punkte aus eine Wechselwirkungsstrecke entlang ausbreitet, die nicht abgeschlossen ist, jedoch unendlich lang ist oder eine endliche Länge aufweist und richtig abgeschlossen ist, ruft diese Energiemenge an jedem Wechselwirkungsspält eine bestimmte Spannungsverteilung hervor. Wenn jetzt die Frequenz durch den logarithmischen Progressionsfaktor geteilt wird, verschiebt sich die gesamte Spannungsverteilung um einen Abschnitt nach rechts, also in diejenige Richtung, in der die Abmessungen kleider werden. Wenn nun der Elektronenstrahldurchmesser in jedem Abschnitt um den gleichen Faktor ρ kleiner wird, während der gesamte Strom und alle Spannungen konstant bleiben, ändern sich die Eigenschaften des Elektronenstrahles im gleichen Maßstab wie die Eigenschaften der Wechselwirkungsstrecke. In der Wechselwirkungsstrecke des Klystronverstärkers nach F i g. 1 findet die Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und dem Hochfrequenzfeld in der Strecke hauptsächlich in demjenigen Bereich statt, in dem die Eigenresonanzen der Hohlraumresonatoren in der Nähe der Frequenz des Eingangssignals liegen. In diesem Bereich der Wechselwirkungsstrecke breitet sich das Hochfrequenzfeld nicht mehr aus. Die Kopplung der einzelnen Hohlraumresonatoren wird vielmehr wie bei einem Klystron vom Elektronenstrahl übernommen. Wenn die Frequenz größer wird, verschiebt sich dieser Bereich, in dem eine solche aktive Wechselwirkung stattfindet, auf dasjenige Röhrenende hin, in dem die Abmessungen kleiner sind und wo das verstärkte Signal vom Elektronenstrahl zum Ausgang der Röhre gekoppelt wird. Wenn die Röhre ausreichend lang ist, befinden sich die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse in Bereichen, in denen die Wechselwirkung für alle Frequenzen des gewünschten Frequenzbandes nur klein ist. Daher sind die Einflüsse der Enden der Wechselwirkungsstrecke nicht mehr wesentlich und die Verstärkungseigenschaften sowie das Frequenzverhalten der Röhre wiederholen sich jedesmal, wenn die Frequenz durch den Faktor ρ geteilt wird. Wenn der Durchmesser des zylindrischen Abschnittes 28 der Wechselwirkungsstrecke, der den Abschluß der ganzen ' Wechselwirkungsstrecke darstellt, bei der höchsten Betriebsfrequenz elektrisch genügend klein ist, ist dieser zylindrische Abschnitt 28 mathematisch, demjenigen konischen Abschnitt der Wechselwirkungsstrecke äquivalent, der durch den Abschnitt 28 ersetzt worden ist.

Es ist nicht immer notwendig, daß die Koppelvorrichtung oder die Übertragungsleitung 106 mit sämtlichen einzelnen Hohlraumresonatoren in Verbindung steht. Eine solche Abwandlung ist in Gestalt einer Klystronverstärkerröhre 110 in Fig. 2,dargestellt. Die axial verlaufende Wechselwirkungsstrecke des Klystronverstärkers 110 ist ein Teil des konisch ausgebildeten Abschnittes 27 der Wechselwirkungsstrecke nach Fig. 1., Die restlichen Bestandteile der Röhre 110 sind genauso ausgebildet, wie es in F i g. 1 dargestellt ist. In der Röhre 110 verbindet der Übertragungsstab 107 die Hohlraumresonatoren 111, 112, 113 und 114 miteinander, während zwischen den Hohlraumresonatoren 115, 116, 117 und 118 und dem Übertragungsstab 107 keine Verbindungen bestehen. Bei der dargestellten Wechselwirkungsstrecke ist jeder zweite Hohlraumresonator mit dem Über-

tragungsstab gekoppelt. Der Grund, warum man in eine Anzahl von Hohlraumresonatoren, die mit einer Übertragungsleitung gekoppelt sind, noch eine Anzahl von Hohlraumresonatoreri aufnimmt, die mit der Übertragungsleitung nicht gekoppelt sind, besteht darin, daß man auf diese Weise eine größere Anzahl von Hohlraumresonatoren erhält, die mit der Frequenz des Eingangssignals schwingen können. Man kann auf einen mit der Übertragungsleitung gekoppelten Resonator einen Resonator folgen lassen, der mit der Übertragungsleitung nicht gekoppelt ist, wie es in F i g. 2 dargestellt ist. Man kann aber auch auf einen gekoppelten zwei nicht gekoppelte Resor natoren folgen lassen oder die Resonatoren so ausbilden, daß auf. zwei mit der Übertragungsleitung gekoppelten Resonatoren zwei nicht gekoppelte Resonatoren folgen. Auch jede andere Anordnung ist möglich, die den Wirkungsgrad und die Verstärkung erhöht.

Wie ein erfindungsgemäßer Klystronverstärker arbeitet, läßt sich am besten an Hand der F i g. 3 erläutern, die ein modifiziertes Phasen-Frequenz-Diagramm oder ein w//3 L-Diagramm ist. Das Diagramm , nach F i g. 3 stellt diejenigen Informationen dar, die zum Berechnen mit einem Computer verwendet wurden. Die linke Seite des Diagramms zeigt die Verschiebung der Phasen in einer gleichförmig ausgebildeten Wechselwirkungsstrecke. Da alle Abschnitte der Wechselwirkungsstrecke ähnlich sind, j gilt das gleiche Diagramm für jeden einzelnen Abschnitt, sofern der richtige Frequenzmaßstab benutzt wird. Die rechte Seite des Diagramms ermöglicht es, für jeden Abschnitt der Wechselwirkungsstrecke den richtigen Frequenzmaßstab direkt zu bestimmen. Dasjenige Gebiet, in dem sich das Hochfrequenzfeld nicht mehr ausbreitet, wird dort erreicht, wo die Hohlraumresonatoren mit ihrer Eigenfrequenz oder einer dicht danebenliegenden Frequenz erregt werden. Nun sollen einmal die Röhreneigenschaften und das Verhalten der Röhre bei einer Frequenz von 2100MHz betrachtet werden. Ein Eingangssignal dieser Frequenz, das dem Hohlraumresonator 11 oder dem Abschnitt 11 der Wechselwirkungsstrecke zugeführt wird, kann sich bis zum """ Abschnitt 17 ausbreiten. Am Abschnitt 17 wird das Signal reflektiert, da sich Hochfrequenzfelder dieser Frequenz von Abschnitt 17 an nicht mehr weiter ausbreiten können. In der Nähe des Abschnittes 13, wo die Impedanz der Wechselwirkungsstrecke verhältnismäßig hoch ist, ist das reflektierte Eingangssignal mit dem Elektronenstrahl synchron, so daß eine starke Wechselwirkung zwischen dem Eingangssignal und dem Elektronenstrahl auftritt, durch die der Elektronenstrahl stark gebündelt wird. Die reflektierte Welle schwingt am Punkt Λ des Rückwärtswellenzweiges der w//? L-Charakteristik synchron mit dem Elektronenstrahl. Vom Abschnitt 18 bis zum Abschnitt 28 der Wechselwirkungsstrecke kann sich das Hochfrequenzfeld nicht mehr ausbreiten. Es findet jedoch eine starke Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und den nicht gekoppelten Hohlraumresonatoren statt, wenn der Strahlstrom höher wird. In dem Klystronverstärker nach F i g. 2 nimmt die Resonanzfrequenz der nicht gekoppelten, jedoch belasteten Hohlraumresonatoren zum Ausgangsende der Röhre hin zu, da auf diesen Klystronverstärker das logarithmisch-periodische Prinzip angewendet worden ist. Die Abstimmungseigenschaften dieser nicht gekoppelten Hohlraumresonatoren sind daher denjenigen Abstimmungseigenschaften sehr ähnlich, die man bei üblichen Mehrkammerklystrons findet. Im Abschnitt 28 der Wechselwirkungsstrecke findet wieder eine Ausbreitung als Vorwärtswelle statt, die durch den unteren Vorwärtswellenzweig der w//JL-Kurve beschrieben wird, und der gebündelte Elektronenstrahl gibt an den Ausgang Energie ab, der vom Abschnitt 28 der Wechselwirkungsstrecke gebildet wird.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform ist eine Wanderfeldröhre 120, auf die das logarithmischperiodische Prinzip angewendet worden ist. Wie in dem Klystronverstärker nach F i g. 1 erzeugt die Elektronenkanone 85 einen konisch zusammenlaufenden Elektronenstrahl, der eine Wendel 121 der Wanderfeldröhre durchsetzt und im Kollektor 86 aufgefangen wird. Die Wendel zeigt das logarithmisch-periodische Prinzip, da die Durchmesser der einzelnen Windungen der Wendel zu einem Ende hin abnehmen, während die Steigung der Wendel zum gleichen Ende hin abnimmt. Das logarithmisch-periodische Prinzip kann man auch dadurch anwenden, daß man die Wechselwirkungsstrecke aus einer Anzahl geradliniger Stücke zusammensetzt, deren Durchmesser immer kleiner wird.

Zum Hervorrufen von logarithmisch-periodischen Wechselwirkungen sind auch andere Approximationen möglich, wie bereits in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben. Da die Fortsetzung des logarithmischperiodischen Prinzips theoretisch auf eine Wendel führt, deren Durchmesser an einem Ende unendlich klein wird, kann man die Wanderfeldröhre durch ein kurzes zylindrisches Wendelstück 122 abschließen, das sich ähnlich wie das zylindrische Stück 28 der Wechselwirkungsstrecke aus F i g. 1 verhält. Man kann dazu aber auch ein konisch verlaufendes Wendelstück mit konstanter Steigung verwenden. Wie es bereits in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben wurde, ist es günstig, wenn das Ausgangsende 122 der Wendel 121 an derjenigen Stelle liegt, an der theoretisch die Spitze des Kegels liegt, der von der Wendel gebildet wird, also dort, wo sich die gedachten Linien schneiden, die den konusförmigen Teil der Wendel einhüllen. Auf das Abschlußstück dieser Wendel oder auf die Abschlußstücke der bereits beschriebenen Ausführungsformen kann aber auch das Iogarithmisch-periodische Prinzip angewendet werden.

Die Wanderfeldröhre nach Fig. 4 arbeitet genauso wie die bekannten üblichen Wanderfeldröhren. Das logarithmisch-periodische Prinzip kann auf eine Wendelleitung, auf eine Stegleitung oder auch auf andereVerzögerungsleitungen für Wanderfeldröhren angewendet werden, und der Elektronenstrahl beeinflußt die Wirkungsweise der Röhre auf die gleiche Weise, wie es in Verbindung mit dem Klystronverstärker nach F i g. 1 beschrieben worden ist. Die Wendelleitung ist nur ein Beispiel für zahlreiche bekannte Verzögerungsleitungen, die einander äquivalent sind. Solche Verzögerungsleitungen sind beispielsweise in den USA.-Patentschriften 2 843 797, 2 860 280 beschrieben worden. Wendelleitungen gehören nach Definition zu denjenigen Wechselwirkungsstrecken, die mit einem Elektronenstrahl periodisch in Wechselwirkung treten. Dabei wird jede Windung der Wendelleitung als Periode betrachtet. In den vorstehend beschriebenen Ausfüiirungsfor-

men wird die Geschwindigkeit und/oder die Stromdichte des Elektronenstrahls moduliert. Die Erfindung ist ganz allgemein auf Elektronenstrahlröhren anwendbar, bei denen ein Elektronenstrahl eine Wechselwirkungsstrecke durchsetzt und dabei ein Eingangssignal mit einer gewünschten Frequenz verstärkt. Solche Elektronenstrahlröhren können bekanntlich auch als Frequenzumsetzer, Gleichrichter, Oszillatoren usw. verwendet werden.

Die Erfindung ist daher auf die Kombination einer logarithmisch-periodischen Wechselwirkungsstrecke mit einem logarithmisch-periodischen Elektronenstrahl gerichtet, der die Wechselwirkungsstrecke durchsetzt, so daß sich die effektiven Wechselwirku.ngseigenschaftcn in axialer Richtung logarithmisch-periodisch ändern. Dabei ist es gleichgültig, ob die Wechselwirkungsstrecke aus gekoppelten Hohlraumresonatoren besteht oder als Stegleitung, als Wendel oder anderweitig ausgebildet ist. Während des Betriebs einer solchen Elektronenstrahlröhre sucht sich das Eingangssignal auf Grund seiner Frequenz selber die Hohlraumresonatoren oder die Bereiche einer Wendel oder einer anderen Wechselwirkungsstrecke aus, in denen die Wechselwirkung stattfindet. Der Ort oder Bereich der Wechselwirkung kann sich in Abhängigkeit von der Frequenz des Eingangssignals in der Wechselwirkungsstrecke hin und her verschieben. Dieses kann man als ein »Gleiten« des Wechselwirkungsbereiches beschreiben, wo der Ort, an dem die Wechselwirkung gerade stattfindet, durch die gerade anliegende Frequenz des Eingangssignals bestimmt ist.

Dieser »gleitende« Bereich kann einen oder mehrere aufeinanderfolgende Hohlraumresonatoren der Wechsel Wirkungsstrecke nach Fig. 1 oder auch einen Teil der Wendel nach Fig. 4 umfassen. In einer aus Hohlraumresonatoren aufgebauten Wechselwirkungsstrecke kann ein vorgegebenes Eingangssignal einen oder mehrere Hohlraumresonatoren erregen, so daß dort Energie an den Elektronenstrahl abgegeben wird, während die Erregung benachbarter Hohlraumresonatoren nur schwach ist. An der Stelle, an der der Strahl wieder Energie an die Wechselwirkungsstrecke abgibt, kann ein ähnlicher Bereich aus Hohlraumresonatoren definiert werden. Dieser Bereich kann unmittelbar neben dem Einkoppelbereich liegen. Die beiden Bereiche können aber auch durch mehrere Hohlraumresonatoren voneinander getrennt sein, die nur wenig oder gar nicht erregt sind. Die Stellen der maximalen Wechselwirkung in beiden Bereichen weisen einen bestimmten Abstand voneinander auf, der von der Frequenz des Eingangssignals abhängt, und beide Bereiche wandern mit der Frequenz hin und her. Der Einkoppel- und der Auskoppelbereich liegen in dem Sinne nebeneinander, als zwischen dem Einkoppel- und dem Auskoppclbercich praktisch keine weiteren Wechselwirkungen mehr stattfinden. Die Wirkungsweise ist für verschieden ausgebildete Wanderfeldröhren die -gleiche, also beispielsweise für Wanderfeldröhren mit einer Wendelleitung, mit einer Doppelkammleitung oder einer Stegleitung. Solche Verzögerungsleitungen können als Wechselwirkungsstrccken angeschen werden, die periodisch mit dem Elektronenstrahl in Wechselwirkung treten, wobei jede einzelne Windung einer Wendelleitung oder jeder eiivelne Ring einer Doppelkammleitung nach 'Definition eine Periode darstellt.

Die logarithmisch-periodische Röhre kann für Vorwärtswellen- und für Rückwärtswellenbetrieb angepaßt werden. Bei einem Betrieb als Rückwärtswellenröhre wird das Eingangssignal am Röhrenende 39 eingekoppelt und am Röhrenende 38 ausgekoppelt. Man kann dann den zylindrischen Abschnitt 28 der Wechselwirkungsstrecke weglassen. Wählt man einen umgekehrten Aufbau, bei dem die Wechselwirkungsstrecke am Kathodenende klein ist

ίο und zum Kollektor hin immer größer wird, wird der logarithmisch-periodische Faktor ρ größer als 1.

Man erhält erfindungsgemäß die besten Ergebnisse, wenn der logarithmisch-periodische Faktor auf die gesamte Wechselwirkungsstrecke mit Ausnahme

x5 des Abschlußstückes angewendet wird. Der logarithmisch-periodische Faktor braucht jedoch nicht für alle Anwendungen der gleiche zu sein. Wenn man beispielsweise wie in F i g. 2 mit abwechselnd angeordneten Hohlraumresonatoren arbeitet, können auf die abwechselnd angeordneten Hohlraumresonatoren unterschiedliche logarithmische Faktoren angewendet werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 können unterschiedliche axiale Abschnitte der Wechselwirkungsstrecke mit unterschiedlichen logarithmischen Faktoren versehen sein. Für das Gesamt-" verhalten sind auch geringe Änderungen des logarithmischen Faktors, beispielsweise zwischen 0,9 und 1, von Bedeutung. Bei einer erfindungsgemäßen Elektronenstrahlröhre wurde ein logarithmischer Faktor von 0,925 verwendet. Bevorzugte Werte liegen zwischen 0,90 und etwa 0,95.

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Laufzeitröhre für ein breites Frequenzband, bestehend aus einem Elektronenstrahlerzeugersystem, einer Auffangelektrode, einer Fokussieranordnung zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahls über eine größere Wegstrecke und einer mit Ein- und Auskoppelvorrichtungcn versehenen, mit dem Elektronenstrahl verkoppelten Wechselwirkungsstreckc, die in eine Mehrzahl von Bereichen unterteilt ist, deren elektrische Eigenschaften bei unterschiedlichen Frequenzen gleich sind, wobei diese Frequenzen innerhalb des vorgegebenen Frequenzbandes in räumlich aufeinanderfolgenden Bereichen stetig ansteigen oder abnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (11 bis 18) der Wechsel- Wirkungsstrecke derart ausgebildet sind und die Fokussieranordnung den Elektronenstrahl (74) derart konisch zusammenlaufend bündelt, daß beim Durchlaufen der Wechselwirkungsstrecke die elektrischen Eigenschaften an den aufeinan- - derfolgenden Bereichen (11 bis 18) sich mit dem Logarithmus der Frequenz periodisch wiederholen.

2. Laufzeitröhre nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecke eine Verzögerungsleitung (121) aufweist.

3. Laufzeitröhre nach Anspruch 1, dadurch· gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecke eine Anzahl hintereinander angeordneter Hohlraumresonatoren (11 bis 18) aufweist.

4. Laufzeitröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecke zumindest drei Hohlraumresonatoren (11,12,13) mit Wechselwirkungsspalten (49, 50, 51) aufweist.

5. Laufzeitröhre nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Hohlraumresonatoren (11 bis 18) und die der Wechselwirkungsspalte (49 bis 56) unterschiedlich sind.

6. Laufzeitröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecke durch einen axial verlaufenden zylindrischen Wechselwirkungsstreckenabschnitt abgeschlossen ist, in dem die elektrischen Eigenschaften in axialer Richtung aufeinanderfolgender Bereiche (19 bis 26) gleich sind.

7. Laufzeitröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecke eine Wendelleitung (121) aufweist.

8. Laufzeitröhre nach Anspruch'1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecke und der Elektronenstrahl (74) über einen erheblichen Teil ihrer Länge kegelstumpfförmig ausgebildet sind.

9. Laufzeitröhre nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Wechselwirkungsstrecke mit einem Hohlraumresonator (26) an einem Punkt endet, · der von der kegelstumpfförmigen Wechsel-Wirkungsstrecke nicht weiter als die Spitze desjenigen Kegels (83) entfernt liegt, der sich aus der Ergänzung der kegelstumpfförmigen Wechselwirkungsstrecke zu einem vollen Kegel ergibt. .

10. Laufzeitröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Wendelleitung vom Eingangsende zum Ausgangsende hin abnimmt.

11. Laufzeitröhre nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelleitung (121) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

12. Laufzeitröhre nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Wendelleitung (121) zum Ende mit dem kleineren Durchmesser hin abnimmt.

13. Laufzeitröhre nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelleitung (121) am Ende mit dem kleineren Durchmesser durch ein zylindrisches Wendelstück (122) konstanter Steigung abgeschlossen ist.

14. Laufzeitröhre nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Wendelstück (122) an einem Punkt endet, der von dem kegelstumpfförmigen Wendelstück (121) nicht weiter entfernt als die Spitze desjenigen Kegels liegt, der durch die Ergänzung des kegelstumpfförmigen Wendelstücks zu t.⁵uem vollen Kegel entsteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109 638/145