DE1054126B

DE1054126B - Traveling field tube amplifier

Info

Publication number: DE1054126B
Application number: DEW9793A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Kompfner; Neal Thomas Williams
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1952-05-17
Filing date: 1952-10-25
Publication date: 1959-04-02

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf Mikrowellenverstärker, bei denen für die Verstärkung die Wechselwirkung zwischen den Elektronen eines Elektronenstrahles und einer entgegengesetzt gerichteten oder rückwärts laufenden elektromagnetischen Welle verwendet wird.The invention relates to microwave amplifiers, in which for the amplification the interaction between the electrons of an electron beam and an oppositely directed or backward moving one electromagnetic wave is used.

Die Wanderfeldröhre kann als Vakuumröhre beschrieben werden, die eine Wellenleiteranordnung enthält, an der sich elektromagnetische Wellen fortpflanzen, ferner einen Elektronenstrahl, der durch das elektrische Wechselfeld, welches längs der Wellenleiteranordnung entsteht, hindurchgeht. Das elektrische Feld der Welle beschleunigt die Elektronen des Strahls zusätzlich, wodurch in diesem eine wechselnde Geschwindigkeitskomponente entsteht, die eine Wechselstromkomponente zur Folge hat. Diese Wechselstromkomponente erzeugt ein eigenes elektrisches Feld, das sich mit dem elektrischen Feld der Welle vereinigt. Für die Verstärkung ist es wichtig, daß eine gegebene Gruppe von Elektronen mit entsprechenden Teilen des elektrischen Feldes bei Fortschreiten entlang des Wellenleiters in Wechselwirkung tritt. Bei der am meisten verwendeten Art von Wanderfeldröhren, die als Wellenleiter eine Drahtwendel enthält, tritt eine derartige Wechselwirkung fortlaufend beim Fortschreiten der Welle und des Elektronenstrahls entlang des Wellenleiters auf. Zu diesem Zweck läßt man die Elektronen im wesentlichen synchron mit der längs des Wellenleiters in axialer Richtung verzögerten Welle fortschreiten, wobei eine besondere Elektronengruppe im wesentlichen stets mit demselben Teil der Welle in Wechselwirkung tritt. Bei einer anderen Wanderfeldröhrenart bewegen sich Elektronenstrahl und elektromagnetische Welle im wesentlichen nicht synchron, statt dessen wird eine diskontinuierliche oder intermittierende Form der Wechselwirkung angewandt. Bei dieser Betriebsweise wird die elektromagnetische Welle über eine Wellenleiteranordnung übertragen, bei der die Stärke der an der Wechselwirkung beteiligten Komponente des zur Welle gehörigen Feldes in aufeinanderfolgenden festen Abschnitten längs des Wellenleiters abwechselnd groß und klein gemacht wird. Weiterhin wird ein Elektronenstrahl in Richtung der Wellenfortpflanzung emittiert, der mit der Welle in Wechselwirkung steht und dessen Geschwindigkeit beträchtlich niedriger als die Phasengeschwindigkeit der Welle ist. Die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls ist so eingestellt, daß während der Zeit, in der sich ein Elektron um eine Abschnitteilung weiterbewegt, d. h. in den Bereich des nächsten Abschnitts mit großer Feldkomponente und entsprechend starker Wechselwirkung gelangt, die Welle im wesentlichen die gleiche Strecke zuzüglich einer oder mehrerer ganzen Wellenlängen durchläuft. Auf diese Weise tritt eine gegebene Elektronengruppe mit gleichartigen Teilen der Welle in Wechselwirkung, wenn sie aufeinanderfolgende Abschnitte mit starker Wechselwirkung durchläuft. In den dazwischenliegenden AbWanderfeldröhren-Verstärker The traveling wave tube can be described as a vacuum tube containing a waveguide array which propagate electromagnetic waves, furthermore an electron beam, which is caused by the alternating electric field, which arises along the waveguide arrangement passes through. The wave's electric field accelerates the electrons of the beam in addition, whereby a changing speed component arises in this, which results in an alternating current component. This alternating current component creates its own electrical power Field that combines with the electric field of the wave. For the reinforcement it is important that a given Group of electrons with corresponding parts of the electric field as they progress along the Waveguide interacts. The most common type of traveling wave tube used as a waveguide contains a wire helix, such an interaction occurs continuously as the Wave and the electron beam along the waveguide. For this purpose the electrons are left in the proceed substantially synchronously with the wave delayed in the axial direction along the waveguide, wherein a particular group of electrons essentially always interacts with the same part of the wave. In another type of traveling wave tube, the electron beam and electromagnetic wave essentially move not synchronous, instead it becomes a discontinuous or intermittent form of interaction applied. In this mode of operation, the electromagnetic wave is via a waveguide arrangement at which the strength of the component involved in the interaction belonging to the wave Field made alternately large and small in successive fixed sections along the waveguide will. Furthermore, an electron beam is emitted in the direction of wave propagation, which coincides with the wave in Interaction and its speed is considerably lower than the phase speed of the Wave is. The speed of the electron beam is set so that during the time in which an electron moved forward by a section, d. H. to the area of the next section with a large field component and with a correspondingly strong interaction, the wave essentially plus the same distance runs through one or more whole wavelengths. In this way a given group of electrons joins similar parts of the wave interact when they have successive sections with strong interaction passes through. In the intermediate wander tube amplifier

Anmelder:Applicant:

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

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

Beanspruchte Priorität:
V. St. A. v. Amerika vom 17. Mai 1952Claimed priority:
V. St. A. v. America May 17, 1952

Rudolf Kompfner, Springfield, N. J.,Rudolf Kompfner, Springfield, N. J.,

und Neal Thomas Williams, Bloomfield, N.J. (V. St. A.),and Neal Thomas Williams, Bloomfield, N.J. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

schnitten mit kleiner Feldkomponente und entsprechend schwacher Wechselwirkung wird eine Beeinträchtigung der Verstärkung durch Wechselwirkung mit den außer Phase befindlichen Teilen der Welle soweit wie möglich verhindert. Wellenleiteranordnungen dieser Art kann man Anordnungen mit diskontinuierlicher oder intermittierender Wechselwirkung nennen, und die Betriebsweise der oben beschriebenen Art, bei der eine Elektronengruppe mit gleichartigen Teilen der Welle und nicht mit demselben Teil der Welle in Wechselwirkung tritt, kann man Betriebsweise mit räumlichen Harmonischen nennen. Die Erfindung befaßt sich mit Wanderfeldröhren-Verstärkern, bei denen für die Verstärkung eine Schaltungsart mit diskontinuierlicher Wechselwirkung Anwendung findet, um eine Wechselwirkung zwischen einem Elektronenstrahl und den räumlichen Harmonischen einer in entgegengesetzter Richtung fortschreitenden Welle zu erhalten. Es hat sich gezeigt, daß mit einem solchen Verstärker hohe Verstärkungsfaktoren in einem verhältnismäßig schmalen Frequenzband erzielt werden können und, was noch wichtiger ist, daß das Frequenzband in einem beträchtlichen Ausmaß elektronisch verschoben werden kann, indem die Elektronenstrahlgeschwindigkeitcuts with a small field component and a correspondingly weak interaction becomes an impairment amplification by interacting with the out-of-phase parts of the wave as much as possible prevented. Waveguide arrangements of this type can be arrangements with discontinuous or intermittent Call interaction, and the mode of operation of the type described above, in which one electron group interacts with similar parts of the shaft and not with the same part of the shaft are called operating mode with spatial harmonics. The invention is concerned with traveling wave tube amplifiers, where a type of circuit with discontinuous interaction is used for amplification finds an interaction between an electron beam and the spatial harmonics of an in opposite direction to get advancing wave. It has been shown that with such an amplifier high gain factors can be achieved in a relatively narrow frequency band and, more importantly, the frequency band is electronically shifted to a considerable extent can be by changing the electron beam speed

z. B. durch Änderung der Strahlbeschleunigungsspannung geändert wird. Diese Besonderheit läßt einen Rückwärtswellenverstärker dieser Art besonders für spezielle Anwendungen geeignet erscheinen, wo es erwünscht ist, das Durchlaßband eines Verstärkers automatisch über einen großen Bereich zu verändern.z. B. is changed by changing the beam acceleration voltage. This feature leaves a reverse wave amplifier of this type appear particularly suitable for special applications where it is desired that the Automatically change the passband of an amplifier over a wide range.

Die Erfindung will insbesondere einen Wanderfeldröhren-Verstärker für Rückwärtswellen vervollkommnen, bei dem im Wege zwischen einer Elektronenquelle und einer Auffangelektrode eine Wellenleiteranordnung inThe invention aims in particular to perfect a traveling wave tube amplifier for backward waves, in which in the way between an electron source and a collecting electrode a waveguide arrangement in

809 788/252809 788/252

3 43 4

Form einer Doppelkammleitung vorgesehen ist, bei der wobei T die Schwingungsdauer der Welle ist. Daher ist an gegenüberstehenden Wänden Reihen von Fingern angeordnet sind, die von beiden Wänden wechselseitig _ d _ ω d
ineinandergreifen, und bei der am Anfang und Ende β T ~ β '
Kupplungsmittel zur Zuführung bzw. Abführung von 5Form of a double comb line is provided, in which T is the period of oscillation of the wave. Therefore rows of fingers are arranged on opposite walls, which alternate from both walls _ d _ ω d
interlock, and at the beginning and end β T ~ β '
Coupling means for supplying or removing 5

elektromagnetischen Schwingungen vorhanden sind. Die wobei ω gleich 2 π mal der Frequenz der Wellen-electromagnetic vibrations are present. The where ω equals 2 π times the frequency of the wave

Leistungs- und Anpassungsfähigkeit des Verstärkers schwingung ist.Performance and adaptability of the amplifier is oscillation.

werden erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß das Bei einer üblichen Wanderfeldröhre, bei der die Elek-are improved according to the invention in that the In a conventional traveling wave tube, in which the elec-

EingangskopplungsmittelimBereichderAuffangelektrode tronen unmittelbar mit der Welle in WechselwirkungInput coupling means in the area of the target electrode trone directly in interaction with the shaft

und das Ausgangskopplungsmittel im Bereich der Elek- io treten, soll die Elektronengeschwindigkeit annäherndand the output coupling means occur in the area of the elec- tron, the speed of the electrons should be approximately

tronenquelle angeordnet ist, daß die Wellenleiteranord- gleich υ sein. Die Zeit, die ein Elektron braucht, um sichelectron source is arranged that the waveguide arrangement be equal to υ . The time it takes for an electron to move

nung aus vier Reihen von Fingern besteht, von denen je von einem Schlitz zum benachbarten zu bewegen, solltion consists of four rows of fingers, each of which is supposed to move from one slot to the next

zwei in einem Abstand voneinander auf parallelen Ge- β , .. . . . _τττ two at a distance from each other on parallel faces β , ... . . _τττ

raden von gegenüberliegenden Flächen des WeUenleiters ^ ^{oder die} &^{leiche Zeit sem}' ^die ^ ^{Welle braudlt}· ^um straight from opposite surfaces of the WeUenleiters ^ ^{or the} & ^{same time sem} ' ^the ^ ^{wave roars} ^around

ausgehen, daß die Länge der aufeinanderfolgenden Finger 15 die gleiche Strecke zu durcheilen,assume that the length of the successive fingers 15 to hurry through the same distance,

in jeder Reihe gleich ist und nach der Mitte stetig zu- Voraussetzungsgemäß fliegen die Elektronen beimis the same in every row and steadily increases towards the middle

nimmt und daß die Finger jeder Reihe auf einer Wand- Gegenstand der Erfindung in entgegengesetzter Richtungtakes and that the fingers of each row on a wall object of the invention in opposite directions

fläche in den Spalten zwischen den Fingern jeder Reihe wie die fortschreitende Welle, und die Zeit, die ein Elek-in the gaps between the fingers of each row like the advancing wave, and the time it takes for an elec-

auf der anderen Wandfläche angeordnet sind. , , ,, j· cm. ' 1 j jt.-i · j. τ ß are arranged on the other wall surface. ,, ,, j · cm. '1 j jt.-i j. τ ß

.„,,., , , j , ..„. . χ> j. · χ. tron braucht, um die Strecke d zu durcheilen, ist Γ—· —. ",,.,,, J, ..". . χ> j. · Χ. tron needs to hurry through the distance d is Γ— · -

Es hat sich als besonders zweckmäßig eine Betriebs- 20 'ωAn operating 20 'ω has proven to be particularly useful

weise mit Beschleunigung der Elektronen — entgegen oder die Zeit, die die Welle braucht, um eine Streckewise with acceleration of the electrons - opposite or the time it takes the wave to travel a distance

der Fortpflanzungsrichtung der zu verstärkenden Schwin- λ — d fortzuschreiten.the direction of propagation of the oscillation to be amplified λ - d to progress.

gungen — auf eine solche Geschwindigkeit erwiesen, daß Wenn man nun annimmt, daß die optimale Bedingung jedes Elektron den Abstand zwischen den Mitten zweier für eine bestimmte Art der Wechselwirkung zwischen benachbarter Schlitze einer ineinandergreifenden Finger- 25 den Elektronen und der Welle dann besteht, wenn das reihe in einer Zeit durchläuft, die etwa der Zeit entspricht, Maximum der elektromagnetischen Welle mit einem welche die Schwingungen brauchen, wenn sie längs des Schlitz zusammenfällt, wie es der Fall ist, wenn das WeUenleiters um eine ganze Zahl von Wellenlängen, Maximum die größte Verzögerungskraft für einen gevermindert um den Abstand zwischen zwei benachbarten bündelten Elektronenstrahl darstellt, so bleibt der Syn-Schlitzen, fortschreiten. 30 chronismus dadurch erhalten, daß immer dann ein Die Erfindung soll in der nachfolgenden Beschreibung Maximum der elektromagnetischen Welle an einem Schlitz an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. ist, wenn die gebündelten Elektronen an dem Schlitz Fig. 1 zeigt einen Rückwärtswellenverstärker mit einer vorbeigehen. Die für diesen Synchronismus erforderliche Wellenleiteranordnung mit ineinandergreifenden Teilen Elektronengeschwindigkeit ist
im Längsschnitt nach Linie I-I der Fig.2, 35 d ad It has been proven to such a speed that if one now assumes that the optimal condition of each electron is the distance between the centers of two electrons and the wave for a certain type of interaction between adjacent slots of an interlocking finger, if that The maximum of the electromagnetic wave with one which the oscillations need when it coincides along the slot, as is the case when the waveguide by an integer number of wavelengths, maximum the greatest retarding force for a diminished by the distance between two adjacent collimated electron beams, the syn-slit remains to progress. The invention is to be explained in more detail in the following description of the maximum electromagnetic wave at a slot with reference to the drawing. is when the bundled electrons go past the slit Fig. 1 shows a backward wave amplifier with a. The interdigitated waveguide arrangement required for this synchronism is electron velocity
in a longitudinal section along line II of Figure 2, 35 d ad

Fig. 2 einen Längsschnitt nach Linie H-II der Fig. 1, v_e = — = — ■=- (3)Fig. 2 is a longitudinal section along line H-II of Fig. 1, v _e = - = - ■ = - (3)

Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie IH-III der Fig. 1. χ_ JL *π—ρ 3 shows a cross section along line IH-III of FIG. 1. χ _ JL * π-ρ

Um ein vollständiges Verständnis der Erfindung zu o>In order to have a complete understanding of the invention o>

erlangen, ist es zweckmäßig, den Zusammenhang j. ^ Ί . ,.. , _..,.,._,,,obtain, it is useful to understand the context j. ^ Ί. , .., _ ..,., ._ ,,,

zwischen Elektron und WechSlfeld mathematisch zS 40 ^amtatt ^ß ' ™ ^{tm dm} ^FaU' ^{daß die Elektronen in} between electron and alternating field mathematically zS 40 ^amtatt ^ ß '™ ^{tm dm} ^FaU ' ^{that the electrons in}

betrachten. Die nachfolgende mathematische Unter- Synchronismus mit der sogenannten Vorwärtswelle sind,regard. The following mathematical sub-synchronism with the so-called forward wave are

suchung gilt für den Fall, daß die obenerwähnten Grenz- Die schädliche Wechselwirkung zwischen den gebündeltensearch applies in the event that the abovementioned limit- The harmful interaction between the bundled

bedingungen vorhanden sind. Elektronen und der Welle während des Teils der Periode,conditions are present. Electrons and the wave during the part of the period,

Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung der bei der die Phase gerade falsch ist, wird dadurch sehrThe arrangement shown in the drawing, in which the phase is just wrong, becomes very much as a result

Schlitze 93 ist als filterartige Kettenanordnung anzu- 45 gering, daß die Elektronen während dieses Teils derSlits 93, as a filter-like chain arrangement, should be small, so that the electrons 45 during this part of the

sehen. Es sei angenommen, daß in der Einrichtung eine Periode dicht an den Metallwänden sind, wo die axialesee. It is assumed that in the device there is a period close to the metal walls where the axial

fortschreitende elektromagnetische Welle erzeugt ist, die Komponente des elektrischen Feldes verschwindet,advancing electromagnetic wave is generated, the component of the electric field disappears,

sich in der Röhre in Längsrichtung mit einer Phasen- Ein äquivalenter analytischer Ausdruck des oben Ge-in the tube in the longitudinal direction with a phase- An equivalent analytical expression of the above

geschwindigkeit ν bewegt. Die Richtung sei mit z-Rich- sagten läßt sich erhalten, indem man die axiale Kompo-speed ν moves. The direction is said to be z-direction can be obtained by taking the axial compo-

tung bezeichnet; β sei die Phasenverschiebung zwischen ₅₀ nente des elektrischen Feldes der fortschreitenden Welletion denotes; Let β be the phase shift between ₅₀ nents of the electric field of the advancing wave

den Mitten benachbarter Schlitze, deren Abstand d ist, durch die Beziehungthe centers of adjacent slots, the distance between which is d, by the relationship

^S°^daß _d fi. = FW <*" (4) ^S ° ^that _d fi. = FW <* "(4)

β = 2π^-, (1) darstellt, wobei β = 2π ^ -, (1), where

55 «=^° ζ 55 «= ^ ° ζ

wobei λ die Wellenlänge in der Wellenleiteranordnung F(z) = Ji, A_ner~i (2 π η -l· ß)~£ (5)where λ is the wavelength in the waveguide arrangement F (z) = Ji, A _n er ~ i (2 π η -l ß) ~ £ (5)

bei der Betriebsfrequenz ist. Die Zeit, die die Welle m = -oois at the operating frequency. The time that the wave m = -oo

braucht, um die Strecke i zu durchlaufen, ist J- · T, , ^Af™^men' ,^die Amplitude von £ an der Mündungtakes to traverse the distance i , J- · T, ' ^A f ™ ^men ', ^the amplitude of £ at the mouth

2 π der Schlitze sei konstant und mit E₀ bezeichnet, so istLet 2 π of the slots be constant and denoted by E ₀ , then

wobei w die Breite des Schlitzes ist. ² where w is the width of the slot. ²

Die Zusammenfassung von (4), (5) und (6) ergibt Also ist E_z dargestellt als Summe von Wellenkompo-The combination of (4), (5) and (6) gives So E _{z is} represented as the sum of wave components

r ψ -ι nenten nach Fourier mit verschiedenen Phasen-r ψ -ι elements according to Fourier with different phases

_re=oc 2sin \[2πη + β)^~Λ -ίο^-^πη + β) -] geschwindigkeiten. Die» = —1 entsprechende Wellen- _{re = oc} 2sin \ [2πη + β) ^ ~ Λ -ίο ^ - ^ πη + β) -] speeds . The corresponding wave

E_Z = E_O 2 g ' komponente kann als erste Rückwärts-Raumharmonische E _Z = E _O 2 g 'component can be used as the first backward space harmonic

ι = -» 2πη-\-β (7) _7o bezeichnet werden. Sie ist gegeben durchι = - » 2πη - \ - β (7) _7o . It is given by

5 65 6

• Γ/ο ο\ W ] *^{η emer} geradlinigen Anordnimg ineinandergreifend von• Γ / ο ο \ W] * ^η emer rectilinear arrangement of

2sin (2π 'ß)~2j~\ jL,t + {Zx-flj] den beiden entgegengesetzten Innenflächen des Kolbens2sin (2π 'ß) ~ 2j ~ \ jL, t + {Zx-flj] the two opposite inner surfaces of the piston

E_zl = E₀ 2 β ^e · ^ ^atls hervortreten, wobei die Reihen parallel zur und E _zl = E ₀ 2 β ^e · ^ ^{atls emerge} , with the rows parallel to and

^ beiderseits der Röhrenachse verlaufen. Die beiden Reihen^ run on both sides of the tube axis. The two rows

Dies ist eine Welle, die sich in Richtung des kleiner 5 dienen zur Schaffung zweier paralleler Kreise, um denThis is a wave that moves in the direction of the smaller 5 serve to create two parallel circles around the

, , ... τ,, , . j. , ., cad zylindrischen Elektronenstrahl wirkungsvoller auszu-,, ... τ ,,,. j. ,., cad cylindrical electron beam more effectively

werdenden , mit einer Phasengeschwindigkeit -^-^ ^_η_ ^ _{Verbreitenmg des Bandes} ^ ^ _Länge becoming, with a phase velocity - ^ - ^ ^ _η _ ^ _{spreading of the band} ^ ^ _length

_{Verbreitenmg des Bandes} ^ ^ _Länge _{Spreading of the band} ^ ^ _length

bewegt, was dasselbe wie Gleichung (3) ist. der Finger 92 jeder Reihe von beiden Enden aus allmäh-moves, which is the same as equation (3). the fingers 92 of each row from both ends gradually

Also kann man sagen, daß bei der beschriebenen lieh zur Mitte hin größer; im mittleren Bereich habenSo one can say that in the case of the one described lent larger towards the middle; have in the middle range

Wanderfeldröhre die Elektronen mit der ersten räum- io mehrere Finger gleiche Länge. Diese Fingerlange ist soTraveling wave tube the electrons with the first spatial io several fingers of the same length. This finger length is like that

liehen Harmonischen der elektromagnetischen Rück- groß, daß die von einer Fläche des Kolbens 81 hervor-lent harmonics of the electromagnetic back great that the protruding from a surface of the piston 81

wärtswelle in Wechselwirkung treten. tretenden Finger mit den von der anderen Fläche hervor-downward wave interact. fingers protruding from the other

Es sei festgestellt, daß die Annahme der räumlichen tretenden Fingern ineinandergreifen und Längsschlitze 93It should be noted that the assumption of the spatial kicking fingers interlocked and longitudinal slots 93

Harmonischen nur zum Zweck der mathematischen zwischen den Fingern bilden, an welchen die ElektronenHarmonics only for the purpose of mathematical form between the fingers on which the electrons are attached

Beschreibung erfolgt und daß die Harmonischen nicht 15 vorbeifliegen.Description is made and that the harmonics do not fly by.

physikalisch, d. h. als erfaßbare Teilwelle vorhanden sind. Auf diesem ineinandergreifenden Bereich der Elek-Eine räumliche Harmonische muß scharf von der üblichen tronenbahn entsteht eine Folge von verhältnismäßig Frequenzharmonischen unterschieden werden, da die An- breiten Bereichen, die sich an die Finger anschließen und nähme nur für den Fall fortschreitender Wellen gilt. Die in welche schmale zwischen den Fingern liegende Schlitze verschiedenen räumlichen Harmonischen können als 20 eingestreut sind. Wenn eine geeignete elektromagnetische Wellen gleicher Frequenz, aber verschiedener Wellen- Welle entlang der Anordnung fortschreitet, wird die längen und Phasengeschwindigkeiten betrachtet werden. Längskomponente des Feldes entlang der Elektronen-Aus Gleichung (7) ist ersichtlich, daß man die Wechsel- bahn abwechselnd groß und klein.physically, d. H. are present as a detectable partial wave. On this interlocking area of the Elek-One Spatial harmonics must be sharp from the usual tron orbit, resulting in a sequence of proportionally Frequency harmonics can be distinguished, since the range that adjoins the fingers and would only apply in the case of advancing waves. The one in which narrow slit between the fingers different spatial harmonics can be interspersed as 20. If a suitable electromagnetic Waves of the same frequency but different waves- the wave progresses along the arrangement, becomes the lengths and phase velocities are considered. Longitudinal component of the field along the electron off Equation (7) shows that the alternating orbit is alternately large and small.

wirkung zur Hervorbringung der Verstärkung erhält, Die Eingangswellen werden am Ende der Elektronenwenn der Elektronenstrahl mit irgendeiner räumlichen 25 bahn dieser Anordnung mit Hilfe eines Eingangskreises 94 Fourier-Harmonischen der rückwärts fortschreitenden zugeführt, der ein rechteckiger Wellenleiter ist und der Welle synchronisiert ist. Damit eine solche Wechsel- die Fortsetzung eines Hohlleiterübertragungssystems wirkung eintritt, soll die Elektronengeschwindigkeit im sein kann. Die verstärkten Schwingungen werden ameffect to produce the amplification, the input waves are at the end of the electrons if the electron beam with any spatial path of this arrangement with the aid of an input circuit 94 Fourier harmonics fed to the backward progressing, which is a rectangular waveguide and which Shaft is synchronized. So that such a change - the continuation of a waveguide transmission system effect occurs, the electron speed should be im. The amplified vibrations are on

... . ,., ωά . u-j-^j Anfang der Elektronenbahn zur weiteren Verwendung... ,., ωά. uj- ^ j Beginning of the electron path for further use

wesentlichen gleich j—^- sem, wobei η die Ordnungs- _{3o am w}^_{Uenkreis 95 mit Hilfe eines Ausgangskreises ab}!essentially equal to j - ^ - sem, where η is the order _{3o at the w} ^ _{U circle 95 with the help of an output circle} !

zahl der Harmonischen ist, mit der der Strahl in Wechsel- genommen, der ebenfalls ein rechteckiger Hohlleiter ist.is the number of harmonics with which the beam alternates, which is also a rectangular waveguide.

wirkung treten soll. Es ist zweckmäßig, diesen Ausdruck Sowohl der Eingangskreis 94 als auch der Ausgangs-should take effect. It is convenient to use this expression Both the input circuit 94 and the output circuit

. , τ- ω d , ., ,. . . kreis 95 bilden eine rechtwinklige Krümmung mit dem. , τ- ω d ,.,,. . . circle 95 form a right-angled curvature with the

in der Form _τ^-_? zu schreiben, wöbe! η nunmehr eine _{langgestreckten Teil des R8hren}kolbens, daher sind 45°-in the form _τ ^ - _? to write, wöbe! η is now an _{elongated part of the tubular} piston, therefore 45 ° -

positive Zahl ist. 35 Ablenkplatten 96 an den Enden des belasteten Leiter-Es ist kennzeichnend für einen Verstärker dieser Art, teils 84 schräg zum langgestreckten Teil des Kolbens daß eine hohe Verstärkung in einem verhältnismäßig vorgesehen, welche die Eingangswellen zum Entlangschmalen Frequenzband zu erzielen ist, daß aber dies laufen an der Wellenleiteranordnung 84 und die verFrequenzband hoher Verstärkung elektronisch durch stärkten Ausgangswellen zum Ausgangskreis 95 abbiegen. Änderung der Strahlspannung verschoben werden kann. 40 Diese Platten sind mit Öffnungen 97 zum Durchlassen Infolgedessen können Veränderungen der zur Strahl- des Elektronenstrahls versehen.is positive number. 35 baffles 96 at the ends of the loaded conductor-es is characteristic of an amplifier of this type, partly at an angle to the elongated part of the piston that a high gain in a relatively provided which the input shafts to narrow along Frequency band is to be achieved, but this run on the waveguide assembly 84 and the frequency band high gain turn electronically through stronger output waves to output circuit 95. Change in beam voltage can be shifted. 40 These plates have openings 97 for passage As a result, changes in the beam direction of the electron beam can be provided.

beschleunigung verwendeten Spannung vorgenommen Für die Verstärkung ist es wichtig, daß eine Gruppe werden, um die Frequenzkurve des Verstärkers zur Er- von Elektronen, die entsprechend dem Signal in Stromzielung selektiver Verstärkung zu verändern. Die Fre- aufwärtsrichtung entlang der B ahn durch Wechselwirkung quenzkurve kann in periodischer Weise dadurch ver- 45 mit den Längsfeldern in den Schlitzen 93 gebündelt ändert werden, daß in Reihe mit der Gleichspannung worden sind, im wesentlichen gleichartige Längsfelder geeignete Spannungen zur Veränderung der Strahl- an den aufeinanderfolgenden Schlitzen antreffen, wenn beschleunigungsspannung geschaltet werden. sie sich in Stromabwärtsrichtung bewegen. Zu diesem Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen schematisch einen Rück- Zweck sind die relativen Geschwindigkeiten der fortwärtswellenverstärker 80, bei dem als Wellenleiter- 50 schreitenden Welle und der Elektronengruppe so einanordnung eine Anordnung mit ineinandergreifenden gestellt, daß die Welle in Stromaufwärtsrichtung einen Teilen verwendet wird. Der langgestreckte evakuierte Weg von einer Wellenlänge, vermindert um den Abstand Kolben 81 mit z. B. rechteckigem Querschnitt besteht zwischen den Mitten zweier benachbarter Schlitze 93, in aus nichtmagnetischem Material wie Kupfer. Die an den der Zeit fortschreitet, die die Elektronengruppe braucht, entgegengesetzten Enden befindlichen Elektronenquelle 82 55 um in Stromabwärtsrichtung den Weg zwischen den und Auftreffelektrode 83 bestimmen eine längsgerichtete Mitten dieser beiden Schlitze fortzuschreiten. Auf diese Elektronenbahn entlang der Röhrenachse. Diese Elek- Weise addiert sich die Wechselwirkung, so daß eine Vertronenbahn kann die Form eines hohlen kreisförmig Stärkung erzielt wird.acceleration used voltage made For the reinforcement it is important that a group be to the frequency curve of the amplifier for er-targeting electrons corresponding to the signal in current more selective reinforcement to change. The free upward direction along the railway through interaction The sequence curve can thereby be bundled in a periodic manner with the longitudinal fields in the slots 93 are changed that have been in series with the DC voltage, essentially similar longitudinal fields encounter suitable voltages for changing the beam at the successive slots, if acceleration voltage can be switched. they are moving in the downstream direction. To this Figures 1, 2 and 3 show schematically a reverse purpose is the relative speeds of the forward wave amplifiers 80, with the wave moving as a waveguide 50 and the electron group so arranged an interlocking arrangement placed that the shaft in an upstream direction one Sharing is used. The elongated evacuated path of one wavelength reduced by the distance Piston 81 with z. B. rectangular cross-section exists between the centers of two adjacent slots 93, in made of non-magnetic material such as copper. Which advances to the time that the electron group takes opposite ends located electron source 82 to 55 in the downstream direction the path between the and landing electrode 83 determine a longitudinal center of these two slits to proceed. To this Electron trajectory along the tube axis. This elec- trical way adds the interaction, so that a vertron orbit can be achieved the shape of a hollow circular strengthening.

zylindrischen Elektronenstrahls haben. Zur Verringe- Bei der dargestellten Anordnung ist die Richtung des rung von Querkomponenten des Elektronenstrahls wird 60 Längsfeldes in den aufeinanderfolgenden Schlitzen in üblicher Weise eine magnetische Fokussierung ver- zwischen den Fingern umgekehrt. Dies ist eine an sich wendet. Durch die Spannungsquelle 90 wird die Strahl- bekannte Besonderheit solcher ineinandergreifenden Anbeschleunigungsspannung geliefert. Die zu verstärkenden Ordnungen, die spezielle Formen von gefalteten Wellenelektromagnetischen Wellen werden veranlaßt, gegen die leitern sind. Um eine Phasenumkehr π zwischen den Strahlrichtung entlang einem Übertragungsweg mit Ver- 65 Schlitzen zu kompensieren, wird für die Wechselwirkung zögerungseigenschaften zu laufen. In diesem Fall ist mit der rückwärts laufenden elektromagnetischen Welle als Verzögerungsleitung ein belasteter Wellenleiter 84 die Elektronengeschwindigkeit so eingestellt, daß während vorgesehen, welcher aus dem Teil des Kolbens besteht, des Durchgangs eines Elektrons von der Mitte eines der mit Hilfe von zwei Reihen oder Gruppen 91 von Schlitzes bis zur Mitte des folgenden Schlitzes die Welle Fingern 92 mit regelmäßigen Abständen belastet ist, die 70 eine ganze Zahl von halben Wellenlängen, verminderthave a cylindrical electron beam. In the illustrated arrangement, the direction of the transverse components of the electron beam is reversed in the longitudinal field in the successive slits in the usual way, a magnetic focusing between the fingers. This is one in itself. The special feature of such interlocking accelerating voltage, which is known from the beam, is supplied by the voltage source 90. The orders to be amplified, the special forms of folded waves electromagnetic waves are caused, against which are conductors. In order to compensate for a phase reversal π between the beam direction along a transmission path with slits, delay properties are used for the interaction. In this case, with the electromagnetic wave traveling backwards as a delay line, a loaded waveguide 84 is set the electron velocity so that during provided, which consists of the part of the piston, the passage of an electron from the center of one of the by means of two rows or groups 91 from the slot to the middle of the following slot the shaft fingers 92 is loaded at regular intervals that 70 an integer number of half wavelengths, diminishes

Claims

- essentially around this passage section. Expressed quantitatively, the electron velocity should be essentially equal to ω I η π - Θ where ω is the frequency of the backward traveling wave, I is the mean distance between successive slots along the electron path, η is an integer and Θ is the phase shift of the wave between the successive slots is. If, however, each interlocking arrangement is viewed as a plurality of repetitive filter parts, each part consisting of a pair of adjacent fingers and associated slots, the speed of the electron beam for interaction should be adjusted so that the reverse wave is an integer of wavelengths reduced by the length of a filter part, while a given electron on the electron path passes through this length. Expressed quantitatively, the speed of the electron beam for the interaction should be cad V = Jn7t ^ ß 2S where d is the mean length of a filter part, i.e. H. is the mean distance between successive identical slots and β is the phase shift of the wave per filter part. Patent claims:

1. Traveling wave tube amplifier that gets in the way between an electron source and a collecting electrode a waveguide arrangement in the form of a Double comb line is provided in which rows of fingers are arranged on opposite walls are reciprocally interlocking from both walls, and at the beginning and the end Coupling means are available for supplying or removing electromagnetic vibrations, characterized in that the input coupling means in the area of the collecting electrode and the output coupling means it is arranged in the region of the electron source that the waveguide arrangement consists of four rows of fingers, each of which two at a distance from each other on parallel straight lines from opposite surfaces of the waveguide assume that the length of the successive fingers in each row is the same and after the middle increases steadily and that the fingers of each row on a wall surface in the gaps between the fingers of each row are placed on the other wall surface.

2. Traveling wave tube amplifier according to claim 1, characterized in that the electrons - opposite the direction of propagation of the vibrations to be amplified - to such a speed be accelerated so that each electron moves the distance between the centers of two neighboring ones Runs through the slits of an interlocking row of fingers in a time which roughly corresponds to the time which the oscillations need when they move along the waveguide by an integer number of wavelengths, reduced by the distance between two adjacent slots.

3. Traveling wave tube amplifier according to claim 2, characterized in that the electrons are accelerated be that they are at a speed of

ω · dω · d

traverse their path, where ω is the angular frequency of the oscillations, η is an integer, β is the phase difference in degrees of arc between the electric field vectors that arise in two adjacent slots, and d is the distance in meters between these slots.

Considered publications:
German Patent No. 827 660;
Swiss Patent No. 224 052;
British Patent No. 655 410;
Proceedings of the IRE, Sept. 1951, p. 1040;
The Bell System Technical Journal, 1950, pp. 438-440.

1 sheet of drawings