DE1008790B - Abstimmbares Reflexklystron - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektronisch abstimmbare Reflexklystrons.

Reflexklystrons haben verschiedene· Anwendungen als Hochfrequenz-Oszillatoren gefunden, jedoch sind ihrer Verwendung in bestimmten Fällen Grenzen gesetzt. So stellt eine bekannte Anwendung von Reflexklystrons die Prüfung von Hochfrequenzgeräten dar, wobei der Oszillator verstimmt wird bzw. ein Frequenzband durchläuft. Dieses Frequenzband kann entweder das Arbeitsfrequenzband des Klystrons selbst sein, oder es kann durch einen zusätzlichen örtlichen Oszillator in irgendeinen anderen Frequenzbereich transponiert werden. Auf diese Weise können Mikrowellen- oder Hochfrequenzteile, wie Wellenleiter, Filter, Verstärker usw., leicht in dem vorgesehenen Arbeitsfrequenzbereich geprüft werden.

Das Abstimmen des Klystrons, um das Durchlaufen eines vorbestimmten Frequenzbandes zu bewirken, kann auf zwei Arten erreicht werden, die als elektronische Abstimmung und als mechanische Abstimmung bezeichnet werden. Bei der mechanischen Abstimmung werden die Abmessungen, des Hohlraumresonators geändert, z. B. durch Einführen, eines Kolbens in den Hohlraum. Die Vorspannung der Reflexelektrode muß hierbei in Übereinstimmung mit den Änderungen der Abmessungen des Resonators ebenfalls geändert werden, um sicherzustellen, daß die Klystronschwingungen aufrechterhalten bleiben und daß das Klystron maximale Leistung abgibt. Dieses Abstimmverfahren ergibt, wenn es zur Erzielung einer Frequenzänderung verwendet wird¹, eine große Bandbreite, doch hat es den Nachteil, daß es beträchtliche zugehörige Einrichtungen und Schaltungsmaßnahmen erfordert.

Bei der elektronischen Abstimmung wird nur die Reflexelektrodenvorspannung verändert. Wenn auch die elektronische Abstimmung grundsätzlich beträchtlich einfacher als die mechanische Abstimmung ist, so hatte sie doch bisher den. Nachteil, daß das Klystron nur bei einer Frequenz die maximale Leistung abgab, dagegen bei anderen Frequenzen innerhalb des Frequenzbandes beträchtlich weniger Leistung lieferte, wohingegen es durch mechanische Änderung der Abmessungen des Hohlraumresonators dazu veranlaßt werden kann, in einem beträchtlichen Frequenzband im wesentlichen konstante Leistung zu liefern. Daher war man bei der elektronischen Abstimmung nicht in der Lage, dieselben Durchlaufbandbreiten zu erreichen wie bei der mechanischen Abstimmung.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein KIystron mit einem zugehörigen Hohlraumresonator mit festen Abmessungen zu schaffen, das in der Lage ist, eine im wesentlichen konstante Leistung in einem breiten Frequenzband zu liefern.

Abstimmbares Reflexklystron

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. Dr. R. Herbst, Rechtsanwalt,
Fürth (Bay.), Breitscheidstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. Oktober 1952

Eugene Dennis Reed,'Stirling, N. J. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Bei gewissen anderen Anwendungen kann die Änderung der Leistung im Abstimmbareich von sekundärer Bedeutung sein, wohingegen es hier von primärer Bedeutung ist, daß ein im wesentlichen linearer Zusammenhang zwischen der an die Reflexelektrode angelegten Vorspannung und der Arbeitsfrequenz des Klystrons besteht. Dieses ist der Fall, wenn Klystrons als frequenzmodulierte Sendeoszillatoren verwendet werden. Bisher war ein linearer Zusammenhang nicht erreichbar, und die hierdurch entstehenden Verzerrungen wurden durch äußere Schaltungsmaßnahmen korrigiert.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Reflexklystron mit einem direkt linearen Zusammenhang zwischen der Reflexelektrodenspannung und der Arbeitsfrequenz zu schaffen.

Klystrons werden auch in automatischen Frequenzregelsystemen verwendet, wo es erwünscht sein kann, über ein breites Frequenzband einen Parallellauf zu erhalten. Weder die Gleichmäßigkeit der Ausgangsleistung noch die Modulationsliinearität sind hierbei von so großer Bedeutung wie der Frequenzbereich zwischen zwei Endpunkten mit halber Leistung, d. h. der Frequenzbereich zwischen den beiden Frequenzen, bei denen das Klystron die Hälfte seiner maximalen Leistung abgibt, wobei auch andere Prozentzahlen der maximalen Leistung bei einem besonderen System angegeben sein können.

Es ist eine weitere Aufga.be der vorliegenden Erfindung, den Frequenzbereich mit bestimmten Prozentzahlen der maximalen Ausgangsleistung zu vergrößern, insbesondere den Frequenzbereich mit halber Leistung von Klystrons, die in automatischen Fre^ quenzregelsystemen verwendet werden.

709 510/306

Durch Änderung sowohl des Kopplungsgrades zwischen den Resonatoren als auch des Q der Hohlräume sollen die gewünschten vorteilhaften Ergebnisse erzielt werden. Der Kopplungskoeffizient K ist allgemein definiert, durch den Ausdruck

Kopplung von zwei Hohlraum- bzw. Topfkreisen zu erwarten sind, wurde in dem Buch von M egl a, »Dezimeterwellentechnik«, 1952, S. 150 bis 156, gezeigt. Es wurde aber nicht erkannt, daß diese Zusammenhänge 5 in Verbindung mit der elektronischen Abstimmung durch Verändern der Vorspannung der Reflektorelektrode eines Reflexklystrons von Bedeutung sein können, um die Abgabe einer konstanten Ausgangsleistung in einem verhältnismäßig breiten Frequenzbereich zu

wobei M die Gegeninduktivität zwischen den beiden

Resonatoren und L₁ und L₂ die induktiven Anteile der io verwirklichen.

Impedanzen der Resonatoren sind. Das Q eines Reso- Ein vollständiges Verständnis der Erfindung und

nators ist definiert durch 2 π mal dem Verhältnis der je Periode im Resonator gespeicherten Energie zur Verlustenergie und ist gegeben durch den Ausdruck

der genannten sowie verschiedener anderer wünschenswerter Merkmale läßt sich durch die folgende ins einzelne gehende Erläuterung und die Zeichnungen er-15 reichen.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines speziellen Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 ist das Ersatzschaltbild, des Ausführungsbeispiels der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung des elektronischen Scheinleitwerts bei kleinem Signal und des Kreisscheinleitwerts sowohl für Klystrons der früheren Art als auch für die Ausführung der Fig. 1;

Fig. 4 zeigt ein Schaubild der Ausgangsleistung in

wobei CO₀ die Frequenz in der Mitte des Bandes für die
Betriebsform ist und C und G die konzentrierten
Schaltelemente sind> die weiter unten an Hand der 20
Zeichnung beschrieben werden. Es wurde gefunden,
daß für einen optimalen Breitbandbetrieb das Q des
sekundären Resonators, nämlich Q_s, vorteilhafterweise
ein Viertel bis drei Viertel des Q des primären Resonators betragen soll und daß das Produkt Q_SK inner- 25 Abhängigkeit von der Frequenzabweichung von der halb des Bereichs von 0,1 bis 1 liegen soll. Innerhalb Frequenz in der Mitte des Betriebsbereichs sowohl für dieses Bereichs des Zusammenhangs zwischen den bei- Klystrons der früheren Art als auch für erfindungsden Hohlräumen kann das Klystron im wesentlichen gemäße Klystrons;

konstante Ausgangsleistung abgeben, wenn es elek- Fig. 5 zeigt ein Schaubild der Spannung der Reflex-

tronisch in einem verhältnismäßig breiten Frequenz- 30 elektrode in Abhängigkeit von der Frequenz sowohl bereich abgestimmt wird. Es wurde weiter gefunden, für Klystrons der früheren Art als auch für erfindaß ein Zusammenhang zwischen den Hohlräumen in dungsgemäße Klystrons;

der Form, daß KQ_s im wesentlichen gleich 0,13 ist, Fig. 6 zeigt ein Schaubild der Änderung der Reflex-

das Klystron in die Lage versetzt, einen im wesent- elektrodenvorspannung in Abhängigkeit von der Frelichen linearen Zusammenhang zwischen der Spannung 35 quenz sowohl für Klystrons der früheren Art als auch der Reflexelektrode und der Arbeitsfrequenz aufzu- für erfindungsgemäße Klystrons; weisen. Wenn auch die Kriterien für diese beiden Fig. 7 zeigt eine teilweise auseinander genommene

optimalen Betriebsbedingungen sich überlappen kön- perspektivische Ansicht, zum Teil im Schnitt einer nen, so sind sie doch unabhängig voneinander und speziellen Bauform des Ausführungsbeispiels der können gänzlich voneinander getrennt betrachtet 40 Fig. 1.
werden. Eine Ausführung der Erfindung ist schematisch in

Durch die Zeitschrift »RCA-Review« 1952, S. 205 Fig. 1 dargestellt. Sie besteht aus einem Reflexklystron bis 208, und durch die USA.-Patentschrift 2 329 779 10 mit einer Kathode 11, einer Reflexelektrode 12 und ist die Ankopplung eines zweiten abstimmbaren Reso- einem Paar mit Löchern versehener Elektroden 13, die nators an einen ersten Hauptresonator bei einer Lauf- 45 einen Spalt 14 bilden, durch den der Elektronenstrahl zeitröhre bereits bekannt. Auch bei diesen bekannten hindurchfliegt. Durch die Spannungsquelle 15 wird Ausführungsformen geht der Leistungsfluß nicht durch eine veränderliche Gleichvorspannung an die Reflexbeide Resonatoren, sondern wird auf der einen Seite elektrode 12 angelegt. Der Spalt 14 liegt innerhalb des des Hauptresonators abgenommen; es wurde aber nicht primären Resonanzhohlraums 16, wie es in der Techerkannt, da'ß mit einer solchen Ankopplung bei ge- 50 iiik bekannt ist. Ferner ist ein Ausgangskreis 17, der eigneter Bemessung der Dämpfung und der gegen- aus einem Welknleiterausgang bestehen kann, durch seitigen Kopplung eine breite Resonanzkurve erhalten eine dazwischenliegende Kopplungsblende bzw. ein werden kann. Fenster 18 an den primären Resonanzhohlraum 16 an-

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, gekoppelt. Erfindungsgemäß ist ferner ein sekundärer daß der Kopplungsgrad zwischen dem primären und 55 Resonanzhohlraum 20 an den primären Hohlraum 16 dem sekundären Hohlraum und die Verluste der Hohl- angekoppelt, z. B. durch eine zweite Kopplungsblende räume derart sind, daß entweder eine im wesentlichen
konstante Ausgangsleistung in einem breiten Frequenzband erreicht wird, wenn das Klystron elektronisch
abgestimmt wird, oder daß die Spannung der Reflex- 60 _z. B. durch einen einführbaren Abstimmkolben 23, elektrode in linearem Zusammenhang mit der Arbeits- ferner kann sein Q durch Eintauchen einer Widerfrequenz des Klystrons steht.

In dem »Lehrbuch der Funkempfangstechnik«, 1948,
von Pitsch, S. 189 bis 192, sind die Zusammenhänge
zwischen der resultierenden Resonanzkurve einerseits 65 scheinen zwei Scheinleitwerte am Resonatorspalt 14; und dem Dämpfungsfaktor sowie dem Kopplungsfaktor einer von diesen, näm¹ich Y_e, entsteht infolge des Vorandererseits bei zwei gekoppelten Kreisen behandelt. handenseins des geschwindigkeitsmodulierten Elek-Die Breite der Resonanzkurve ist von dem Dämpfungs- tronenstrahls, und der andere mit Y bezeichnete ist faktor der beiden Kreise und von dem Kopplungs- der Eingangsscheinleitwert des Resonanzkreises, von faktor abhängig. Daß die gleichen Verhältnisse bei der 7° dem der Spalt 14 ein Teil ist. Die Größe und Phase

bzw. ein Fenster 21. Vorteilhafter weise kann die Größe der Kopplung verändert werden. Dieser sekundäre Hohlraum 20 kann vorteilhafterweise abstimmbar sein,

Standsfahne 24 verändert werden.

Fig. 2 stellt das Analogon mit konzentrierten Schaltelementen zum Kreis der Fig. 1 dar. Bekanntlich er-

von Y _e hängt allein von den elektronenoptischen Verhältnissen des Systems ab, d. h. von der Beschleunigungsspannung V₀, dem Gleichstrom des Strahls I₀, der Reflexelektrodenspannung V_R, dem Stromkopplungskoeffizient ß, den Elektronenabständen und der Größe der am Spalt 14 vorhandenen hochfrequenten Spannung. Wenn die letztere sehr klein ist, z. B. während der Anfangsstufen der Ausbildung von Schwingungen, wird der elektronische Scheinleitwert Y_e mit elektronischem Schemleitwert bei »kleinem Signal« Y _es bezeichnet.

Der Eingangsscheinleitwert des Resonanzkreises kann durch die Spaltkapazität C und die Induktivität L_c und der parallele Wirkleitwert des Resonators durch C_c dargestellt werden. Der Blindleit- wert G_L und der Scheinleitwert des sekundären Hohlraumes 23, der aus der Hohlraumkapazität C_s, der Induktivität L_c und dem parallelen Blindleitwert G_s besteht, sind mit ihm gekoppelt und bilden einen Teil des Eingangsscheinleitwertes F.

In Fig. 3 ist der Scheinleitwert bei kleinem Signal Y_es in einer komplexen Scheinleitwertebene aufgetragen. Bekanntlich nimmt Y_es bei dieser Dar-, stellung die Form einer Spirale 28 an, bei der die aufeinanderfolgenden Windungen aufeinanderfolgenden Betriebsformen η entsprechen, wobei die Anzahl der Perioden der Laufzeit im Reflexelektrodenbereich für maximale Ausgangsleistung bei einer besonderen Betriebsform η + ³Zi ist. Der Eingangsscheinleitwert des einfachen gekoppelten Resonators der früheren Art ist gegeben durch den Ausdruck

Y=G + j2C Δω

wobei G die Summe von G_c und G_L ist und G^ sich auf den, Resonatorspalt bezieht. Y ist durch eine gerade Linie 29 in Fig. 3 dargestellt. Die Linie 29 stellt tatsächlich — Y dar, da die Schwingungsbedingung fordert, daß Y_e + F = 0 oder Y_e = — F ist. Wenn Schwingungen entstehen, schrumpft der Vektor des elektronischen Scheinleitwerts entlang dem Radiusvektor von seinem Wert bei kleinem Signal Y_es zu seinem konstanten Wert zusammen, der gleich — F ist, ohne daß der Phasenwinkel sich ändert, da bei einer festen Reflexelektrodenspannung eine Änderung der hochfrequenten Spaltspannung nur die Größe des Fg-Vektors beeinflußt, nicht aber seine Phase. Fig. 3 zeigt somit die Bedingungen sowohl für den Beginn der Entstehung der Schwingungen als auch, für den konstanten Zustand, es können daher zahlreiche wertvolle Erkenntnisse aus dieser Figur abgeleitet werden einschließlich der Tatsache, ob Schwingungen entstehen oder nicht. Wie aus den Punkten 30 und 31 zu entnehmen ist, wo die Linie 29 die Spirale bei der Betriebsformen η = 2 schneidet, ist die Schwingungsbedingung bei einer Spaltspannung Null genau erfüllt. Links von der Linie 29 besteht ein Überschuß an negativem elektronischem Wirkleitwert über den passiven Wirkleitwert des Kreises, infolgedessen sind Schwingungen möglich, während rechts von der Linie 29 keine Schwingungen bestehen können. Somit ist bei dem in Fig. 3 dargestellten besonderen Fall eine Schwingung bei den Betriebsformen η = 1, η = 2 und höherer Ordnung möglich, während bei der Betriebsform η — 0 keine Schwingungen bestehen können. Weiterhin ist der Arbeitsfrequenzbereich bei jeder Betriebsform auf die L^nge der Linie 29 zwischen den Schnittpunkten mit der Spirale des elektronischen Scheinleitwerts bei kleinem Signal beschränkt, wobei Änderungen des Blindleitwerts entlang der Linie 29 in linearem Zusammenhang mit der Frequenzabweichung von der Frequenz in der Mitte der Betriebsform stehen. Somit ist der elektronische Abstimmbereich für Schwingungen in der Betriebsform η = 2 auf den Frequenzbereich beschränkt, der der Strecke zwischen den Punkten 30 und 31 entspricht. Eine vollständigere Beschreibung der Arbeitsweise von Reflexoszillatoren mit einfachem Hohlraum und die Theorie des elektronischen Scheinleitwerts findet sich im Aufsatz »Reflex-Oszillatoren« von J. R. Pierce und W. G. Shepherd in Bd. 26, S. 460, des »Bell System Technical Journal« (Juli 1947). Für die obige Diskussion gelten die von Pierce und Shepherd gemachten Annahmen.

Jeder Punkt auf der Spirale 28 stellt eine besondere Reflexelektrodenspannung dar. Die bei dieser Reflexelektrodenspannung erreichbare Ausgangsleistung steht in Beziehung zum Überschuß des elektronischen Scheinleitwerts bei dieser Betriebs form. Somit ist, wenn die Reflexelektrodenspannung dem Punkt 33 auf der Spirale 28 entspricht, die erreichbare Ausgangsleistung proportional — jedoch nicht linear — der Strecke entlang der gestrichelten Linie 34 zwischen dem Punkt 33 und der Linie 29, wobei der genaue Zusammenhang vom Verhältnis dieser Strecke zur Gesamtlänge der Linie 34 und von anderen Faktoren abhängig ist.

Der für ein Klystron mit einem primären und einem sekundären Hohlraumresonator gemäß der Erfindung kennzeichnende Eingangsscheinleitwert ist keine gerade Linie, er ist vielmehr durch die punktierte Kurve 37 dargestellt. Die Schärfe des Scheitels dieser Kurve in deren Schnittpunkt mit der Wirkleitwertachse ist zum Teil abhängig vom Kopplungsgrad zwischen den beiden Resonanzhohlräumen 16 und 20 und von ihren relativen Q-Werten. Wenn die Hohlräume zu. fest gekoppelt sind, kann die Kurve tatsächlich in, einer kleinen Schleife um die Wirkleitwertachse gehen. Es ergibt sich damit ein Bereich unstabiler Schwingungen.

Die Ausgangsleistung, die von einem erfindungsgemäßen Reflexoszillator zu erhalten ist, entspricht der Strecke entlang der Linie 34 zwischen der Spirale 28 und der Kurve 37 für die besondere Reflexelektrodenspannung, die durch den Punkt 33 auf der Spirale 28 dargestellt ist. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, hat die Kurve 37 in einem großen Bereich der Reflexelektrodenspannung einen im wesentlichen gleichen Abstand von den benachbarten Windungen der Spirale 28. Die im wesentlichen konstante Ausgangsleistung in einem breiten Frequenzband, die sich aus diesem Zusammenhang zwischen der Kurve 37 und der Spirale 28 ergibt, kann leicht der Fig. 4 entnommen werden, welche eine graphische Darstellung der Ausgangsleistung abhängig von der Frequenzabweichung von der Mitte des Betriebsbereiches, d. h. von der Wirkleitwertachse, ist, wobei die Frequenz durch Änderung der Reflexelektrodenspannung in bekannter Weise geändert wird.

Wie sich aus Fig. 4 ergibt, ist der mit dem veränderbaren primären Resonanzhohlraum allein erreichbare Leistungsverlauf entsprechend der früheren Technik durch die Kurve 40 dargestellt. Sie nimmt schnell vom Maximum aus ab,.das auftritt, wenn die Reflexelektrodenspannung derart ist, daß die Spirale 28 gerade die Wirkleitwertachse schneidet. Dieses rührt daher, daß der Abstand zwischen der Lin^;e 29 und der Spira'e 28 konstant abnimmt. Die gemäß der vorliegenden Erfindung erreichbare Ausgangsleistung ist durch die Kurve 41 dargestellt. Sie ist, wie ersichtlich, in einem ziemlich breiten Frequenzband im

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wesentlichen konstant. Die maximale Leistung liegt in der graphischen Darstellung der Fig. 3 durch eine jedoch unterhalb derjenigen, die mit nur einem Hohl- Schleife der Kurve 37 um die Wirkleitwertachse darraum zu erreichen ist, weil ein Teil der verfügbaren gestellt würde. Eine Vergrößerung der Kopplung Leistung zur Lieferung der Verluste des sekundären wird in der graphischen Darstellung der Fig. 4 durch Hohlraumes verwendet wird. Also Hegt die Kurve37 5 ein Herabdrücken der Kurve41 bei der Frequenz/, in der graphischen Darstellung der Fig. 2 stets links angezeigt, die die Frequenz in der Mitte der Betriebsvon der Linie 29. Die Bandbreite, bei der die Leistung form (n = 2 im dargestellten Fall) ist. Wenn der im wesentlichen konstant ist, ist in Fig. 4 durch die Kopplungsgrad so weit vergrößert wird, daß das Linie 42 angegeben. Die Kurve 44 zeigt die Ab- Klystron in dem Bereich, wo / = f₀ ist, durch einen hängigkeit der Leistung- bei der früheren Betriebsart, io unstabilen Zustand geht, so wird die Kurve 41 der wenn sie mit Rücksicht auf die Eigenschaften des er- Fig. 4 in der Mitte so heruntergedrückt, daß ihre findungsgemäßen angekoppelten Hohlraumresonators beiden Zweige sich bei f = f₀ kreuzen und die Ausso normalisiert ist, daß sie dieselbe Leistung in der gangsleistung aufhört, eine einfache Funktion der Mitte des Betriebsbereiches aufweist. Wenn es auch Frequenz zu sein. Es wurde gefunden, daß eine Koppunwahrscheinlich ist, daß man den einfachen.- Reso- 15 lung in der Form, daß KQ_s im Bereich von etwa 0,1 nator der früheren Art bei einer geringeren Leistung bis 1 liegt, am vorteilhaftesten ist. als der maximalen, betreibt, so zeigt die Kurve 44 Bei dem besonderen, Ausführungsbeispiel, von doch an, daß man, wenn man es tot, das Frequenz- welchem die Werte für die graphischen Darstellungen band für optimale Ausgangsleistung unter diesen der Fig. 3 und. 4 entnommen sind, war Q_s etwa Bedingungen nicht vergrößern würde. 20 0,35 Q„, und KQ_S war 0,83. Bei diesem besonderen Die Linie 43 in Fig. 4 gibt das. erfmdungsgemäß er- Ausführungsbeispiel, bei dem der unten an Hand der reichbare Frequenzband bei halber Ausgangsleistung Fig. 7 beschriebene Aufbau verwendet wurde, wurde an den Enden des Abstimmbereiches an. Wie oben, ge- eine flache Leistungskurve in einem Bereich von schildert wurde, ist die Fähigkeit eines Klystrons, 30 MHz erreicht, während eine im wesentlichen flache wenigstens halbe Ausgangsleistung (oder irgendeinen 25 Leistungskurve, bei der die Abweichung innerhalb anderen Prozentsatz der maximalen Ausgangsleistung) ± 0,1 db lag, in einem Bereich von 60 MHz erreicht in einem breiten Frequenzbereich zu liefern, bei ge- wurde, beides bei 3800 MHz. Der Grad der Flachheit wissen Betriebsweisen mit konstantem Parallellauf kann genau geregelt werden, indem die Kopplung von Wichtigkeit. Wie leicht bei Betrachtung der zwischen den beiden Resonatoren geändert wird, so Linie 43 und der Kennlinie 40 des Klystrons früherer 30 daß eine absolut flache Kurve in einem Frequenz-Art zu sehen ist, ist der elektronische Abstimmbereich bereich durch diese Erfindung zu erreichen ist. Weiter, mit halber Leistung bei der vorliegenden Erfindung können wesentlich breitere Frequenzbänder mit vollmehr als doppelt so> groß wie der bei Einrichtungen kommen konstanter maximaler Leistung bei Klystrons der früheren Art erreichbare. Somit sind sowohl der erreicht werden, deren Aufbau besonders für diese Abstimmbereich, mit halber Leistung als auch das 35 Anwendung entworfen wurde. Die Elektronenoptik Frequenzband bei maximaler Leistung durch die Er- des Klystrons hat einen unmittelbaren Einfluß auf findung wesentlich vergrößert worden. die Frequenzbandbreite mit konstanter Leistung. Es ist daher offensichtlich, daß ein erfindungs- Durch Verringerung der effektiven Spaltkapazität gemäßes Reflexklystron als elektronisch durchlaufend und/oder durch Verkleinerung des Durchmessers des abstimmbarer Generator mit einer im wesentlichen 4° elektronenoptischen Systems des Klystrons können gleichmäßigen: Ausgangsleistung in einem beträcht- noch breitere Frequenzbänder erreicht werden, liehen Frequenzband betrieben werden kann. Die In den Fig. 5 und 6 sind in graphischer Form Form der Kurve 37 und damit der flache Scheitel der Werte dargestellt, die eine andere wichtige Anwen-Leistungskurve 41 können durch Änderung des Kopp- dung von Klystrons erläutern, bei denen ein sekunlungsgrades zwischen den Hohlräumen 16 und 20 und 45 därer Hohlraumresonator verwendet \vird, der an den deren Q-Werten geändert werden, Wenn die Q-Werte primären Resonator angekoppelt ist und der entfernt annähernd gleich sind, wird die verfügbare Leistung vom Ausgang des primären Resonators angeordnet nahe bei der durch die Kurve 40 angegebenen ist. Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Reflex-Leistung liegen, jedoch wird sie in der Mitte etwas elektrodenvorspannung abhängig von der Frequenzherabgedrückt sein, so daß sie in einem kleinen Fre- 50 abweichung von der Frequenz f_Q in der Mitte des quenzbereich konstant ist. Wenn man. nur Änderungen Betriebsbereiches, wobei die Kurve 47 Einrichtungen von Q betrachtet, so^ wird, wenn das Q des sekun- der früheren. Art kennzeichnet, bei denen nur der ein-'dären Resonators verringert wird, der Betrag der fache primäre Resonanzhohlraum verwendet wird, verfügbaren Leistung kleiner, jedoch wird der Be- während die Kurve48 eine graphische Darstellung reich, im dem die Leistung im wesentlichen konstant 55 für eine besondere Ausführung der Erfindung ist. Die ist, beträchtlich größer. Diese Leistungsverringerung Unterschiede zwischen den Kurven 47 und 48 sind am tritt infolge der Verluste des sekundären Hohlraums besten aus Fig. 6 ersichtlich, wo auf. Es wurde daher gefunden, daß es vorteilhaft ist,

einen sekundären Hohlraum mit einem Q von einem dVn

Viertel bis drei Viertel des Q des primären Resonanz- ^6o ^f

hohlraums zu verwenden, obwohl, wie oben festge- —-—

stellt wurde, jeder Wert von Q verwendet werden ^R kann, wenn das Produkt KQ _s richtig gewählt wird. df j f ₀ Die genaue Wahl der Werte wird jedoch ein Ausgleich zwischen der Frequenzbandbreite, in der eine ⁶S nämlich das Verhältnis der Neigung der Kurven der konstante Ausgleichsleistang gewünscht wird, und Fig. 5 zu ihrer Neigung bei / = ^₀ abhängig von der dem gewünschten Leistungspegel sein. Frequenzabweichung aufgetragen ist, wobei das Ver-Wie oben, geschildert, wird das Klystron, wenn hältnis selbstverständlich für beide Kurven bei f = f₀ die Kopplung zwischen den beiden Hohlräumen zu Eins ist. Diö Kurve 45 ist eine Darstellung des Verfest ist, durch einen unstabilen Zustand gehen-, der 7° hältnisses der Neigungen der Kurve 47 in Fig. 5

und die Kurve 46 dasjenige der Kurve 48 in Fig. 5. Wie leicht zu sehen ist, bleibt die Neigung der Kurve 47, die durch die Kurve 45 dargestellt ist, in einem sehr kleinen Frequenzbereich konstant auf ihrem Wert bei f — /₀, während die Neigung der Kurve 48, die durch die Kurve 46 dargestellt ist, in einem beträchtlich größeren Frequenzbereich konstant und in einem viel breiteren Frequenzband im wesentlichen, d.h. innerhalb ±0,1%, konstant bleibt. Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Q_s gleich Q₁₁ und KQ_s gleich 0,13 war, war die Neigung in einem Frequenzband von + 10 MHz bei 4000 MHz im wesentlichen konstant innerhalb ± 1%. Bei dieser Ausführung waren beide Q-Werte gleich 100.

Um einen im wesentlichen linearen Modulationszusammenhang zwischen der Reflexelektrodenspannung und der Arbeitsfrequenz des Klystrons zu erhalten, soll also erfindungsgemäß der Kopplungskoeffizient zwischen dem primären und dem sekun- däreu Hohlraum derart sein, daß die Hohlräume ziemlich lose gekoppelt sind.

Ein spezielles Konstruktionsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt. Es enthält ein Reflexklystron 50, für das mehrere bekannte Typen verwendet werden können. Der primäre Hohlraum 51 ist begrenzt durch zwei kreisförmig eingekerbte Teile 52 mit Einkerbungen für ringförmige Kontaktfedern, die an den metallischen Flanschen 54 anliegen, welche sich durch den Kolben des Klystrons 50 erstrecken und innerhalb des Klystrons die den Spalt definierenden Elektroden tragen. Der sekundäre Hohlraum 55 befindet sich auf einer Seite des primären Hohlraums und ist an diesen durch eine Kopplungsblende 56 angekoppelt. In den sekundären Hohlraum kann vorteilhafterweise ein Abstimmkolben 57 hineinreichen, dessen Lage durch einen Knopf 58 geregelt werden kanu. Im sekundären Hohlraum 55 ist ferner vorteilhafterweise eine Widerstandsfahne 59 angeordnet, wobei das Ausmaß des Eindringens der Widerstandsfahne 59 in den sekundären Hohlraum 55 durch einen Knopf 60 geregelt wird, um das Q des sekundären Hohlraums feinfühlig zu regeln.

Wie oben beschrieben wurde, hängen die durch die Erfindung erzielbaren besonders vorteilhaften Ergebnisse vom Q des sekundären Hohlraums 55 und vom Kopplungsgrad zwischen dem primären und dem sekundären Hohlraum ab. Deshalb ist in der Kopplungsblende 56 ein Verschluß 63 angeordnet, der durch die Blende geschoben werden kann, um den Kopplungskoeffizienten zu regeln.

An dem primären Hohlraum, der durch die Teile 52 definiert ist, ist an der entgegengesetzten Seite zum sekundären Hohlraum 55 ein Flansch 65 befestigt. An dem Wellenleiterflansch 65 ist vorteilhafterweise ein Ausgangswellenleiter befestigt, der den Ausgang der Einrichtung in bekannter Weise darstellt. Der Flansch 65 ist an den primären Hohlraum 55 durch eine Ausgangsblende 66 angekoppelt. Der Kopplungskoeffizient zwischen dem primären Hohlraum 55 und dem Wellenleiterausgang kann ebenfalls durch einen in der Ausgangsblende 66 verschiebbaren Verschluß 67 verändert werden.

Selbstverständlich sind die oben beschriebenen Anordnungen nur Beispiele für die Anwendung der Erfindungsprinzipien. Zahlreiche andere Anordnungen können von einem mit dem Stand der Technik vertrauten Fachmann vorgeschlagen werden, ohne vom Wesen und Ziel der Erfindung abzuweichen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Abstimmbares Reflexklystron mit einem ersten Resonanzhohlraum, durch welchen ein Elektronenistrom fließt, einem zweiten an den ersten Resonanzhohlraum entfernt von dem zum letzteren gehörigen Ausgangskreis angekoppelten Resonanzhohlraum und einer Reflexelektrode, an \velche eine veränderbare Gleichspannung angelegt wird, um das Klystron elektronisch abzustimmen, dadurch gekennzeichnet, daß das Q des zweiten Resonanzhohlraums zwischen ein Viertel und drei Viertel des Q des ersten Resonanzhohlraums beträgt und daß der Kopplungskoeffizient zwischen den beiden Hohlräumen so vorbestimmt ist, daß KO _s zwischen 0,1 und 1 liegt, wobei K der Kopplungskoeffizient zwischen den beiden Hohlräumen und Q_s das Q des zweiten Resonanzhohlraums ist.

2. Reflexklystron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung einer im wesentlichen konstanten Ausgangsleistung auf einer großen Frequenzbandbreite das Q des zweiten Hohlraums zwischen 0,3 und 0,4 des Q des ersten Hohlraums beträgt und daß der Kopplungskoeffizient zwischen den beiden Hohlräumen zwischen 0,8 und 0,9 liegt.

3. Reflexklystron nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hohlräume lose miteinander gekoppelt sind und daß das Produkt aus dem Kopplungskoeffizienten und dem Q des zweiten Hohlraums etwa 0,13 beträgt zwecks Erzielung einer über ein breites Frequenzband im wesentlichen linearen Beziehung zwischen der Ausgangsfrequenz und der Reflexelektrodenspannung, wenn das Klystron durch Änderung der an die Reflexelektrode angelegten Gleichspannung abgestimmt wird.

4. Reflexklystron nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Abstimmen des zweiten Hohlraums, zum Ändern des Q das zweiten Hohlraums und zum Ändern der Kopplung zwischen den beiden Hohlräumen vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

P i t s ch, Lehrbuch der Funkempf angstechnik, 1948, S. 189 bis 192;

Megla, Dezimeterwellentechnik, 1952, S. 150 bis 156;

RCA-Review, 1952, S. 204 bis 208;

französische Patentschrift Nr. 823 119;

USA.-Patentschrift Nr. 2 329 779.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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