DE1566030C2

DE1566030C2 - Amplifier transit time tube

Info

Publication number: DE1566030C2
Application number: DE19671566030
Authority: DE
Inventors: William J Belmont Cahf Leidigh (VStA)
Original assignee: Vanan Associates, PaIo Alto, Cahf (VStA)
Priority date: 1966-12-05
Filing date: 1967-12-01
Publication date: 1977-09-15

Description

Es ist eine Verstärker-Laufzeitröhre mit linearem Elektronenstrahl, insbesondere Klystron bekannt, bestehend aus einem Elektronenstrahlerzeugungssystem, einem Elektronenstrahlauffänger und einer zwischen diesen angeordneten Wechselwirkungsstrecke zur Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahls und zur Auskopplung der HF-Energie vom Elektronenstrahl, die wenigstens einen Leitungsresonanzkreis enthält, in welchem sich stehende Wellen ausbilden und der aus einer Anzahl in axialer Richtung hintereinander angeordneter Hohlraumresonatoren besteht, die über Spalte mit dem Elektronenstrahl gekoppelt sind und so bemessen sind, daß die elektrischen HF-Felder benachbarter Spalte eine Phasenverschiebung von im wesentlichen ganzzahligen Vielfachen von π aufweisen (verlängerter Wechselwirkungsteil) (IEEE Transactions on Electron Devices, Mai 1963, S. 201 bis 211, und August 1964, S. 369 bis 373). Bei dieser bekannten Laufzeitröhre wurden geradzahlige Vielfache von π verwendet.An amplifier transit time tube with a linear electron beam, in particular a klystron, is known, consisting of an electron gun, an electron beam collector and an interaction path arranged between these for modulating the speed of the electron beam and for decoupling the RF energy from the electron beam, which contains at least one line resonance circuit in which Form standing waves and which consists of a number of cavity resonators arranged one behind the other in the axial direction, which are coupled to the electron beam via gaps and are dimensioned so that the electrical RF fields of adjacent gaps have a phase shift of essentially integer multiples of π (extended interaction part ) (IEEE Transactions on Electron Devices, May 1963, pp. 201 to 211, and August 1964, pp. 369 to 373). In this known time tube, even multiples of π were used.

Es ist ferner eine Klystronverstärkerröhre bekannt, bei der die Wechselwirkungsstrecke einen Resonanzhohlraum mit mehreren Spalten aufweist, in denen die elektrischen Felder jeweils entgegengesetzt gerichtet sind, mit anderen Worten die Phasenverschiebung der Felder benachbarter Spalte π beträgt (FR-PS 14 59 636). Mit dieser Anordnung des Wechselwirkungsspaltes sollte eine Alternative für einen verlängerten Wechselwirkungsteil mit mehreren Hohlraumresonatoren geschaffen werden. Bei einem Versuch wurde die angestrebte gleichmäßige Energieverteilung auf die einzelnen Wechselwirkungsspalte jedoch nicht erzielt Bei einem Leitungsresonanzkreis mit mehreren Hohlraumresonatoren sind die beiden Hohlraumresonatoren an den Enden jeweils nur an einer Seite mit der Induktivität der Koppelschlitze belastet, so daß sich bei gleichen Abmessungen aller Hohlräume eine Verstimmung der beiden End-Hohlraumresonatoren gegenüber den übrigen Hohlraumresonatoren ergibt. Die HF-Felder in diesen End-Hohlraumresonatoren sind dann schwächer als die Felder in den übrigen Hohlräumen, so daß sich eine ungleichmäßige Leistungsverteilung über den Leitungsresonanzkreis ergibt. Um diesen Nachteil zu vermeiden, werden gemäß der Erfindung die im ; kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten ; Maßnahmen durchgeführt.A klystron amplifier tube is also known in which the interaction path has a resonance cavity with several gaps in which the electric fields are directed in opposite directions, in other words the phase shift of the fields in adjacent gaps is π (FR-PS 14 59 636). With this arrangement of the interaction gap, an alternative was to be created for an extended interaction part with several cavity resonators. In an experiment, the desired uniform energy distribution over the individual interaction gaps was not achieved of the two end cavity resonators compared to the remaining cavity resonators. The RF fields in these end cavity resonators are then weaker than the fields in the other cavities, so that there is an uneven power distribution over the line resonant circuit. In order to avoid this disadvantage, the im; characterizing part of claim 1 listed; Measures carried out.

Die gleichmäßige Leistungsverteilung kann noch verbessert werden, wenn die Hohlraumresonatoren so bemessen werden, daß das Verhältnis R/Q für alle Hohlraumresonatoren im wesentlichen gleich ist, wobei R der Resonanzwiderstand und Q die Güte der Hohlraumresonatoren ist.The even power distribution can be further improved if the cavity resonators are dimensioned in such a way that the ratio R / Q is essentially the same for all cavity resonators, where R is the resonance resistance and Q is the quality factor of the cavity resonators.

Vorzugsweise bildet der verlängerte Wechselwirkungsteil nach der Erfindung in bekannter Weise den Auskopplungsteil der Wechselwirkungsstrecke.Preferably, the elongated interaction part according to the invention forms the in a known manner Decoupling part of the interaction path.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to the drawing; it shows

F i g. 1 ein Klystron, bei dem der Auskopplungsteil der Wechselwirkungsstrecke geschnitten ist,F i g. 1 a klystron in which the coupling-out part of the interaction path is cut,

F i g. 2 ein ω-0-Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz und der Phasenverschiebung,F i g. 2 is an ω-0 diagram to illustrate the Relationship between the resonance frequency and the phase shift,

Fig.3 graphisch die Größe und Richtung des elektrischen Feldes über dem Spalt in jedem Hohlraum der Leitung nach F i g. I mit kompensierten Endhohl- | räumen im Vergleich zur Größe des elektrischen Feldes ; über dem Spalt in jedem Hohlraum einer Leitung aus j gekoppelten Hohlräumen ohne kompensierte Endhohlräume undFig.3 graphically shows the size and direction of the electric field across the gap in each cavity of the line according to FIG. I with compensated final hollow | clear compared to the size of the electric field; above the gap in each cavity of a conduit from j coupled cavities without compensated end cavities and

Fig.4 schematisch die Hohlräume und ihre Resonanzfrequenzen vor ihrer gegenseitigen Kopplung zur Struktur aus gekoppelten Hohlräumen gemäß F i g. 1.4 schematically the cavities and their resonance frequencies prior to their mutual coupling to the structure of coupled cavities according to FIG. 1.

Ein in F i g. 1 dargestelltes Klystron 10 weist ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 12, eine Wechselwirkungsstrecke 14 und einen Kollektor 16 auf. Der Elektronenstrahl wird durch eine Reihe Driftröhren 18, 20 und 22 projiziert Der Eingangshohlraum 24 ist zwischen Driftröhren 18 und 20 montiert und enthält eine Eingangsschleife als Teil eines Eingangskopplers 26. Gewünschtenfalls ist ein zusätzlicher Hohlraum 28 zwischen die Driftröhren 20 und 22 montiert Tuner 30 und 32 sind für den Eingangshohlraum 24 bzw. den Bündelungshohlraum 28 vorgesehen. Ersichtlich können entweder der Eingangshohlraum 24 oder der zusätzliche Bündelungshohlraum 28 fest abgestimmte HohlräumeOne shown in FIG. Klystron 10 shown in FIG. 1 has an electron gun 12, an interaction path 14 and a collector 16. The electron beam is passed through a series of drift tubes 18, 20 and 22 projected. The entrance cavity 24 is mounted between and contains drift tubes 18 and 20 an input loop as part of an input coupler 26. An additional cavity 28 is provided if desired Mounted between drift tubes 20 and 22 are tuners 30 and 32 for input cavity 24 and for, respectively Bundling cavity 28 is provided. As can be seen, either the entrance cavity 24 or the additional Bundling cavity 28 tightly matched cavities

sein, so daß die Tuner 30 und 32 nicht mehr benötigt werden.so that tuners 30 and 32 are no longer needed.

Ein Ausgangshohlraum 34 ist zwischen dem Kollektor 16 und dem zusätzlichen Bündelungshohlraum 28 montiert. Der Ausgangshohlraum 34 ist als Leitungsresonanzkreis, in dem sich stehende Wellen bilden, also als sogenannter verlängerter Wechselwirkungsteil, ausgebildet Es handelt sich um eine Struktur aus gekoppelten Hohlräumen, bei der im dargestellten Falle vier kleinere Hohlräume innerhalb der vorzugsweise rohrförmigen, elektrisch leitenden Wand 36 angeordnet sind, die die äußere Grenze des Ausgangshohlraums 34 bildet. Die vier kleineren Hohlräume, die innerhalb des gekoppelten Ausgangshohlraums 34 angeordnet sind, werden mit Hilfe von drei mit öffnungen versehenen elektrisch leitenden Metallscheiben 38, 40 und 42 gebildet, die zwischen zwei Endwänden 35 angeordnet sind, die die reflektierenden Endwände des zusammengesetzten Hohlraumresonators 34 bilden. Ein erster Wechselwirkungsspalt 44 ist zwischen der mit öffnungen versehenen Metallscheibe 38 und einem konisch geformten Driftröhrenende 46 der Driftröhre 22 angeordnet Ein zweiter Wechselwirkungsspalt 48 ist zwischen den mit öffnungen versehenen Metallscheiben 38 und 40 angeordnet. Ein dritter Wechselwirkungsspalt 50 ist zwischen den mit öffnungen versehenen Metallscheiben 40 und 42 gebildet und ein vierter Wechselwirkungsspalt 52 zwischen der mit öffnungen versehenen Metallscheibe 42 und einem konisch geformten Ende der Driftröhre 54. Der verbrauchte Elektronenstrahl läuft durch die Driftröhre 56 in den Kollektor 16, nachdem er einen großen Teil seiner Energie in den vom Ausgangshohlraum 34 gebildeten Auskopplungsteii abgegeben hat.An output cavity 34 is mounted between the collector 16 and the additional focus cavity 28. The output cavity 34 is designed as a line resonance circuit in which standing waves are formed, i.e. as a so-called extended interaction part.It is a structure of coupled cavities, in which, in the case shown, four smaller cavities are arranged within the preferably tubular, electrically conductive wall 36 which forms the outer boundary of the exit cavity 34. The four smaller cavities located within the coupled output cavity 34 are formed by means of three apertured electrically conductive metal disks 38, 40 and 42 sandwiched between two end walls 35 which form the reflective end walls of the composite cavity resonator 34. A first interaction gap 44 is arranged between the metal disk 38 provided with openings and a conically shaped drift tube end 46 of the drift tube 22. A second interaction gap 48 is arranged between the metal disks 38 and 40 provided with openings. A third interaction gap 50 is formed between the metal disks 40 and 42 provided with openings and a fourth interaction gap 52 between the metal disk 42 provided with openings and a conically shaped end of the drift tube 54. The used electron beam passes through the drift tube 56 into the collector 16 after it has given up a large part of its energy into the coupling-out part formed by the output cavity 34.

Hochfrequenzenergie wird vom Auskopplungsteil durch den vorletzten Hohlraum abgezogen, der den Wechselwirkungsspalt 50 enthält, und zwar in den Ausgangshohlleiter 58 und dann durch ein Fenster 60 an eine nicht dargestellte Last. Eine geeignete Blende 57 in der Wand 36 ist zwischen den mit öffnungen versehenen Platten 40 und 42 angeordnet, so daß Energie vom vorletzten Hohlraum in den Ausgangshohlleiter 58 gekoppelt werden kann. Kompensationseinrichtungen sind im vorletzten Hohlraum vorgesehen, um die elektrische Verzerrung durch die Blende 57 zu kompensieren. Bei dieser Ausführungsform sind zur Kompensation drei in Längsrichtung verlaufende Rippen 59 vorgesehen. Die Rippen 59 bestehen aus elektrisch leitendem Werkstoff und sind zwischen den mit öffnungen versehenen Metallscheiben 40 und 42 angeordnetHigh-frequency energy is withdrawn from the coupling-out part through the penultimate cavity, which is the Contains interaction gap 50, into the output waveguide 58 and then through a window 60 a load not shown. A suitable aperture 57 in the wall 36 is between the openings provided plates 40 and 42 arranged so that energy from the penultimate cavity in the output waveguide 58 can be coupled. Compensation devices are provided in the penultimate cavity, to compensate for the electrical distortion caused by the diaphragm 57. In this embodiment are for Compensation three ribs 59 running in the longitudinal direction are provided. The ribs 59 consist of electrically conductive material and are between the metal disks 40 and 42 provided with openings arranged

In F i g. 2 ist ein ω-0-Diagramm dargestellt, das die Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz und der Phasenverschiebung der gekoppelten Hohlräume zeigt, wobei der Fall der Fig. 1, nämlich vier zu einem verlängerten Wechselwirkungsteil gekoppelter Hohlräume, betrachtet wird. Die Ordinate des Dispersionsdiagramms ist die Frequenz, und die Abszisse des Diagramms ist die Phasenverschiebung mal Periode P, wobei eine Periode der Abstand zwischen der Mitte eines einem der gekoppelten Hohlräume zugeordneten Wechselwirkungsspaltes zur Mitte des Wechselwirkungsspaltes ist, der einem benachbarten gekoppelten Hohlraum zugeordnet ist.In Fig. 2 is an ω-0 diagram showing the relationship between the resonance frequency and the phase shift of the coupled cavities, considering the case of FIG. 1, namely four cavities coupled into an elongated interaction part. The ordinate of the dispersion diagram is the frequency and the abscissa of the diagram is the phase shift times the period P, where a period is the distance between the center of an interaction gap associated with one of the coupled cavities to the center of the interaction gap associated with an adjacent coupled cavity.

Der verlängerte Wechselwirkungsteil 34 aus gekoppelten Hohlräumen hat eine Dispersionskurve 200 gemäß Fig.2, die ähnlich der ist einer ähnlichen Verzögerungsleitung aus gekoppelten Hohlräumen, nur daß durch das Vorhandensein der reflektierenden Endwände 35 des zusammengesetzten Hohlraums die Dispersionskurve diskontinuierlich ist. Genauer gesagt, die Kurve 200 hat diskrete Arbeitspunkte, die durch die vertikalen Linien angedeutet sind, entsprechend Frequenzen, die es ermöglichen, daß eine ganzzahlige Anzahl von Phasenverschiebungen um eine halbe Wellenlänge längs der Leitung zwischen den reflektierenden Wänden 35 auftritt. Wenn also eine Anzahl η gekoppelter Hohlräume vorhanden ist, ergibt sich eine Anzahl π von Resonanzmodi pro Raumharmonischer der Leitung. Diese Resonanzmodi sind in F i g. 2 mit N, N-\, N-2, Λ/-3 usw. bezeichnet worden.The elongated coupled cavity interaction portion 34 has a dispersion curve 200 as shown in Figure 2 which is similar to that of a similar coupled cavity delay line except that the presence of the reflective end walls 35 of the composite cavity makes the dispersion curve discontinuous. More specifically, curve 200 has discrete operating points, indicated by the vertical lines, corresponding to frequencies that allow an integral number of half-wavelength phase shifts to occur along the line between reflective walls 35. So if there is a number η of coupled cavities, there is a number π of resonance modes per room harmonic of the line. These modes of resonance are shown in FIG. 2 have been denoted by N, N- \, N-2, Λ / -3 etc.

Die geradzahligen oberen Grenzmodi M, M... usw., entsprechend 2π, Λπ... usw. Phasenverschiebungen pro Periode, haben elektrische Resonanzfelder gleicher Amplitude und gleicher Phase, d. h., das elektrische Feld zeigt in allen gekoppelten Hohlräumen in die gleiche Richtung (periodischen Elementen des zusammengesetzten Resonators). Der N2- oder 2jr-Modus wurde in der bekannten Laufzeitröhre verwendet. Dieser wurde so eingestellt, daß er nahezu synchron mit der Strahlgeschwindigkeit Vj des Elektronenstrahls in Wechselwirkung trat. Es zeigte sich, daß dieser zweite raumharmonische Betriebsmodus eine kleinere Wechselwirkungs-Impedanz hat als der raumharmonische jr-Modus Λ/ι der Grundwelle niederer Ordnung.The even-numbered upper limit modes M, M ... etc., corresponding to 2π, Λπ ... etc. phase shifts per period, have electric resonance fields of the same amplitude and phase, that is, the electric field points in the same direction in all coupled cavities ( periodic elements of the composite resonator). The N2 or 2jr mode was used in the well-known time tube. This was adjusted so that it interacted almost in synchronism with the beam velocity Vj of the electron beam. It was found that this second space-harmonic operating mode has a smaller interaction impedance than the space-harmonic jr mode Λ / ι of the lower order fundamental wave.

Ein Betrieb im Modus N\ mit einer höheren Strahlgeschwindigkeit Vi ergibt eine stärkere elektronische Wechselwirkung, so daß sich besserer Wirkungsgrad und bessere Bandbreite der Röhre ergeben. Allgemein gesprochen, je höher die Ordnung der Raumharmonischen ist, um so geringer ist die elektronische Wechselwirkung. Deshalb ist ein Betrieb in der Raumharmonischen niedrigster Ordnung vorzuziehen, die sich mit der Leistungsbelastbarkeit der Leitung verträgt.Operation in the N \ mode with a higher jet velocity Vi results in a stronger electronic interaction, so that better efficiency and better bandwidth of the tube result. Generally speaking, the higher the order of the space harmonics, the lower the electronic interaction. It is therefore preferable to operate in the lowest order room harmonic, which is compatible with the power rating of the line.

Falls eine niedrigere Strahlspannung, beispielsweise V3 oder niedriger, erwünscht ist, kann es erforderlich sein, im Modus Λ/3, d.h. im 3jr-Modus, oder sogar in Modi höherer Ordnung, beispielsweise 5π usw., zu arbeiten, aber ein solcher Betrieb in Raumharmonischen höherer Ordnung führt zu verringertem Wirkungsgrad und/oder kleinerer Bandbreite, verglichen mit dem raumharmonischen Grenz-Resonanzmodus N\ der Grundschwingung.If a lower beam voltage, for example V3 or lower, is desired, it may be necessary to operate in mode Λ / 3, ie in 3jr mode, or even in higher order modes, for example 5π etc., but such operation is in Higher order room harmonics lead to reduced efficiency and / or a smaller bandwidth compared to the room harmonic limit resonance mode N \ of the fundamental oscillation.

Was den Betrieb beim Modus ω_ρ bei der unteren Grenzfrequenz Ni, M ... usw. der elektronischen Wechselwirkung des zusammengesetzten Hohlraums betrifft, so entspricht dieser Modus der Resonanz der einzelnen Hohlräume nach Störung oder Belastung durch die Kopplung zwischen den benachbarten Hohlräumen. Ersichtlich haben die End-Hohlräume des zusammengesetzten Hohlraums 34 nur die halbe Anzahl Koppeleinrichtungen, da nur eine Endwand gekoppelt wird, während die dazwischenliegenden Hohlräume in beiden Endwänden Koppeleinrichtungen aufweisen. Demzufolge werden die End-Hohlräume für den gestörten oder unteren Grenzfrequenz-Resonanzmodus weniger gestört oder verstimmt als die Zwischenhohlräume. Die Resonanzfrequenz würde ω_β auf dem ü)-j3-Diagramm der Fig.2 entsprechen, während die Zwischenhohlräume bei ω_ρ in Resonanz kommen. Wenn also in ungeradzahligen jr-Modi (N\, N3, M ··· usw.) gearbeitet wird, sind die End-Hohlräume gegen die Frequenz der Zwischenhohlräume verstimmt, so daß sich schwächere elektrische Hochfrequenzfelder ergeben, wie durch die unterbrochenen Linien in Fig.3As for the operation in the mode ω _ρ at the lower cutoff frequency Ni, M ... etc. of the electronic interaction of the composite cavity, this mode corresponds to the resonance of the individual cavities after disturbance or stress from the coupling between the neighboring cavities. It can be seen that the end cavities of the composite cavity 34 have only half the number of coupling devices since only one end wall is coupled, while the intervening cavities in both end walls have coupling devices. As a result, the end cavities for the disturbed or lower cutoff frequency resonance mode are less disturbed or detuned than the intermediate cavities. The resonance frequency would _{correspond to ω β} on the ü) -j3 diagram in FIG. 2, while the intermediate cavities come into resonance at ω _ρ. So when working in odd-numbered jr-modes (N \, N3, M ··· etc.), the end cavities are detuned from the frequency of the intermediate cavities, so that weaker electrical high-frequency fields result, as shown by the broken lines in Fig .3

angedeutet ist. Das ist unerwünscht, weil die Energieverteilung des zusammengesetzten Hohlraums nicht gleichförmig ist und darüber hinaus eine kleinere als die optimale Wechselwirkungs-Impedanz für eine gegebene Anzahl von Zellen erreicht wird, und zwar wegen der schwächeren Felder in den End-Hohlräumen.is indicated. This is undesirable because the composite cavity does not distribute energy is uniform and, moreover, less than the optimal interaction impedance for a given one Number of cells is reached because of the weaker fields in the end cavities.

Die End-Hohlräume der verlängerten Wechselwirkungs-Sektion 34 gemäß Fig. 1 sind deshalb so bemessen, daß ihre Resonanzfrequenz (o_e (Punkt 202 in Fig.2) im ungekoppelten Zustand im wesentlichen gleich dem Mittelwert zwischen den Resonanzfrequenzen entsprechend dem OModus (Punkt 201) und dem jr-Modus (Punkt 203) der vollständigen Strecke 34 aus gekoppelten Hohlräumen ist. Die inneren Hohlräume des verlängerten Wechselwirkungsteils gemäß Fig. 1 sind so bemessen, daß sie im ungekoppelten Zustand eine Resonanzfrequenz ω_ο(Punkt 201 der F i g. 2) haben, der dem 2jr-Modus der elektronischen Wechselwirkung (Punkt 201) der vollständigen Struktur 34 aus gekoppelten Hohlräumen entspricht. Wenn die Hohlräume, die den verlängerten Wechselwirkungsteil 34 bilden, so bemessen werden, können alle Hohlräume der vollständigen Sektion 34 aus gekoppelten Hohlräumen eine gestörte Resonanzfrequenz ω_ρ entsprechend Punkt 203 ' haben. Die Hochfrequenzfelder haben dann in jedem der Hohlräume gleiche Amplitude, so daß sich eine gleichförmige Energieverteilung und ein höherer Wirkungsgrad und eine bessere Bandbreite ergeben.The end cavities of the extended interaction section 34 according to FIG. 1 are therefore dimensioned such that their resonance frequency (o _e (point 202 in FIG. 2) in the uncoupled state is essentially equal to the mean value between the resonance frequencies corresponding to the O mode (point 201 ) and the JR mode (point 203) of the full track 34 is of coupled cavities. the internal cavities of the extended interaction portion according to Fig. 1 are dimensioned so that they in the uncoupled state, a resonance frequency _ω ο (point 201 of the F i g. 2), which corresponds to the 2jr mode of electronic interaction (point 201) of the complete structure 34 of coupled cavities. If the cavities forming the elongated interaction part 34 are so sized, all of the cavities of the complete section 34 of coupled cavities can be have a disturbed resonance frequency ω _ρ corresponding to point 203 'The high-frequency fields then have the same amplitude in each of the cavities so that there is a uniform energy distribution and a higher efficiency and a better bandwidth.

Wenn die verlängerte Wechselwirkungs-Sektion 34 aus vier gekoppelten Hohlräumen gemäß F i g. 1 im ungeradzahligen πτ-Modus arbeitet, ist das elektrische Hochfrequenzfeld über jeden Wechselwirkungsspalt 44, 48, 50 und 52 von gleicher Größe, jedoch entgegengesetzt zum elektrischen Hochfrequenzfeld im benachbarten Spalt gerichtet, wie das in Fig.3 durch die durchgezogene Kurve veranschaulicht ist, die das elektrische Hochfrequenzfeld über jedem Wechselwirkungsspalt für den Fall darstellt, daß die verlängerte Wechselwirkungs-Sektion 34 im ungeradzahligen jr-Modus arbeitet. Das heißt, die Phasenverschiebung zwischen jedem Spalt ist jrrad.If the extended interaction section 34 consists of four coupled cavities according to FIG. 1 in Odd-numbered πτ mode works, that is electrical High frequency field across each interaction gap 44, 48, 50 and 52 of the same size but opposite directed to the high-frequency electric field in the adjacent gap, as shown in Figure 3 by the A solid curve is illustrated showing the high frequency electric field across each interaction gap represents the case that the extended interaction section 34 in the odd jr mode works. That is, the phase shift between each gap is jrrad.

Bei einem Wechselwirkungsteil 34 aus drei gekoppelten Hohlräumen haben die äußeren Hohlräume im ungekoppelten Zustand eine Resonanzfrequenz ω₍ (Punkt 202 in Fig.2) und der innere Hohlraum eine Resonanzfrequenz ω_ο im ungekoppelten Zustand entsprechend dem O- oder 2^-Modus (Punkt 201 in F i g. 4). Dann kann der ganze verlängerte Wechselwirkungsteil aus drei gekoppelten Hohlräumen im ungeradzahligen Modus arbeiten, wie in Verbindung mit F i g. 1 erläutert ist.In the case of an interaction part 34 made up of three coupled cavities, the outer cavities in the uncoupled state have a resonance frequency ω ₍ (point 202 in FIG. 2) and the inner cavity a resonance frequency ω _o in the uncoupled state corresponding to the O or 2 ^ mode (point 201 in Fig. 4. Then the entire elongated interaction part of three coupled cavities can operate in the odd-numbered mode, as explained in connection with Fig. 1.

Wie aus Fig.3 ersichtlich ist, haben die axialen elektrischen Hochfrequenzfelder über den Wechselwirkungsspalten in den Endhohlräumen entgegengesetztes Vorzeichen, aber gleiche Größe wie die axialen elektrischen Hochfrequenzfelder über den Wechselwirkungsspalten benachbarter Hohlräume, und zusätzlich sind die Verhältnisse R/Q für jeden Hohlraum gleich.As can be seen from Fig. 3, the axial high-frequency electric fields over the interaction gaps in the end cavities have opposite signs, but the same size as the axial high-frequency electric fields over the interaction gaps in adjacent cavities, and in addition the ratios R / Q are the same for each cavity.

Verlängerte Wechselwirkungsteile, wie sie oben beschrieben worden sind, haben als Auskopplungsteile einen Wirkungsgrad von über 60%, d. h., sie ziehen mehr als 60% der Elektronenstrahlleistung heraus. Auch die Bandbreite solcher verlängerter Wechselwirkungsteile ist um einen Faktor von 2 bis 5 größer als in bekannten Röhren. Ersichtlich kann also die Gesamt-Bandbreite eines Klystrons um einen Faktor von 2 bis 5 vergrößert werden, wenn die Einkopplungs- und Auskopplungsteile als verlängerte Wechselwirkungsteile ausgebildet werden. Weiterhin verringert die Verwendung eines verlängerten Wechselwirkungsteils als Auskopplungsteil erheblich die im Ausgangshohlraum durch zirkulierende Hochfrequenzströme abzuführende Leistung, wenn von gleichen Ausgangsleistungen ausgegangen wird.Extended interaction parts, as they have been described above, have as decoupling parts an efficiency of over 60%, d. that is, they pull out more than 60% of the electron beam power. Also the bandwidth of such elongated interaction parts is greater by a factor of 2 to 5 than in known tubes. It can be seen that the total bandwidth of a klystron can be increased by a factor of 2 to 5 be enlarged if the coupling and decoupling parts as extended interaction parts be formed. It also reduces the use of an elongated interaction part As a decoupling part, the amount to be dissipated in the output cavity by circulating high-frequency currents is considerable Power if the same output power is assumed.

Eine Bewertungsziffer für Klystron-Auskopplungsteile ergibt sich durch das Produkt aus der Bandbreite mit dem Wirkungsgrad. Da verlängerte Wechselwirkungs-Ausgangshohlräume höhere Wirkungsgrade und größere Bandbreiten haben, ergeben sich auch höhere Bewertungsziffern Eine Bewertungsziffer für Klystron-Einkopplungsteile ist das Produkt aus Verstärkung und Bandbreite. Wenn auch durch verlängerte Wechselwirkungsteile als Einkopplungsteil die Verstärkung eines Klystrons nicht unbedingt erhöht wird, so wird doch die Bandbreite erhöht, so daß auch die Bewertungsziffer für diese Teile verbessert wird.A rating number for klystron decoupling parts results from the product of the bandwidth with the efficiency. Because elongated interaction output cavities have higher efficiencies and larger If you have bandwidths, there are also higher valuation numbers. A valuation number for klystron coupling parts is the product of gain and bandwidth. Albeit through extended parts of interaction as the coupling part, the gain of a klystron is not necessarily increased, but the Bandwidth increased, so that the rating number for these parts is also improved.

Der verlängerte Wechselwirkungsteil 34 kann auch eine Anzahl von Hohlräumen enthalten, die.negativ gegenseitig induktiv gekoppelt sind, um eine Grundschwingungs-Vorwärtswellen-Leitung zu bilden.The elongated interaction portion 34 may also contain a number of cavities which are negative are mutually inductively coupled to a fundamental forward wave line to build.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Amplifier transit time tube with a linear electron beam, in particular a klystron, consisting of an electron gun, an electron beam collector and an interaction path arranged between these for modulating the speed of the electron beam and for decoupling the RF energy from the electron beam, which contains at least one line resonance circuit in which standing waves are located and which consists of a number of cavity resonators arranged one behind the other in the axial direction, which are coupled to the electron beam via gaps and are dimensioned such that the electrical RF fields of adjacent gaps have a phase shift of essentially integer multiples of π (extended interaction part), characterized in that for operation with a phase shift by odd multiples of π the cavity resonators are dimensioned so that they are loaded by the coupling with neighboring cavities have the same resonance frequencies, the end cavities having a resonance frequency which is essentially in the middle between the resonance frequency corresponding to the operation with a phase shift by even multiples of π and the resonance frequency corresponding to the operation with a phase shift by odd multiples without loading from the coupling with neighboring cavities of π , and wherein the internal cavities have a resonance frequency corresponding to the operation with a phase shift by even multiples of π without being loaded by the coupling with neighboring cavities.

2. Time-of-flight tube according to claim 1, characterized in that the cavity resonators are dimensioned so that the ratio R / Q is essentially the same for all cavity resonators, where R is the resonance resistance and Q is the quality of the cavity resonators.

3. Tube according to claim 1 or 2, characterized in that the elongated interaction part forms the coupling-out part of the interaction path in a known manner