Die Erfindung betrifft eine Lauffeldröhre mit einer Verzögerungsleitung
mit periodischer Struktur, die außer einem vorherrschenden Nutzwellenmodus, dessen
Grundwellentyp (Nutzgrundwelle) für die Wechselwirkung benutzt wird, an sich auch
einen gegenüber dem Nutzwellenmodus höherfrequenten Störwellenmodus führt, der einen
in entgegengesetzter Richtung laufenden Grundwellentyp (Störgrundwelle) hat und
bei der Betriebsspannung eine Wechselwirkung ermöglicht.The invention relates to a waveform tube with a delay line
with a periodic structure, which apart from a predominant useful wave mode, its
Fundamental wave type (useful fundamental wave) is used for the interaction, per se too
compared to the useful wave mode leads to a higher frequency interference wave mode, which one
has fundamental wave type (interference fundamental wave) running in the opposite direction and
allows an interaction at the operating voltage.
Der Mechanismus von Lauffeldröhren beruht bekanntlich auf der Wechselwirkung
zwischen einem Elektronenstrahl und elektromagnetischen Wellen, die auf einer Verzögerungsleitung
» mit periodischer Struktur verzögert fortschreiten. Verzögerungsleitungen mit periodischer
Struktur weisen praktisch immer Filtercharakter auf, so daß verschiedene Wellenmoden
gleichzeitig auf der Verzögerungsleitung anregbar sind. Insbesondere existiert neben
einem vorherrschenden Nutzwellenmodus ein gegenüber dem Nutzwellenmodus höherfrequenter
Stromwellenmodus, dessen Grundwellentyp (hinfort Störgrundwelle genannt) in entgegengesetzter
Richtung zum Grundwellentyp des Nutzwellenmodus (Nutzgrundwelle) läuft. Bei Lauffeldröhren
mit solchen Verzögerungsleitungen besteht deshalb die Gefahr, daß bei der Betriebsspannung
der Röhre der genannte Störwellenmodus eine Wechselwirkung ermöglicht, die außer
dem für die Wechselwirkung benutzten Grundwellentyp des Nutzwellenmodus die Störgrundwelle
anfacht.As is well known, the mechanism of Lauffeldröhren is based on the interaction
between an electron beam and electromagnetic waves traveling on a delay line
»To progress with a periodic structure with a delay. Delay lines with periodic
Structure practically always have a filter character, so that different wave modes
can be excited simultaneously on the delay line. In particular, besides
a predominant useful wave mode a higher frequency compared to the useful wave mode
Current wave mode, whose fundamental wave type (henceforth called interference fundamental wave) in opposite
Direction to the fundamental wave type of the useful wave mode (useful fundamental wave) is running. With Lauffeldröhren
with such delay lines there is therefore the risk that the operating voltage
of the tube, said interfering wave mode enables an interaction that except
the fundamental wave type of useful wave mode used for the interaction is the interference fundamental wave
ignites.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lauffeldröhre mit einer
Verzögerungsleitung mit periodischer Struktur so auszugestalten, daß praktisch keine
Wechselwirkung mit dem gegenüber dem Nutzwellenmodus höherfrequenten Störwellenmodus,
der einen in entgegengesetzter Richtung laufenden Grundwellentyp hat, möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Lauffeldröhre der eingangs genannten Art
nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die Verzögerungsleitung so bemessen ist, daß
das Verhältnis des Abstandes zwischen im Elektronenstrahldurchtrittsbereich aufeinanderfolgenden
Verzögerungselementen (Spaltlänge) zur mittleren Wellenlänge der Störgrundwelle
im wesentlichen , gleich einer ganzen Zahl n mal dem Verhältnis der mittleren Phasengeschwindigkeit
der Nutzgrundwelle zur Lichtgeschwindigkeit ist.The object of the invention is to provide a running field tube with a
Design delay line with a periodic structure so that practically none
Interaction with the interfering wave mode, which has a higher frequency than the useful wave mode,
which has a fundamental wave type running in the opposite direction is possible.
In order to solve this problem, a tunnel tube of the type mentioned at the beginning
proposed according to the invention that the delay line is dimensioned so that
the ratio of the distance between successive ones in the electron beam passage area
Delay elements (gap length) to the mean wavelength of the interference fundamental wave
essentially equal to an integer n times the ratio of the mean phase velocity
is the useful fundamental wave for the speed of light.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand der Figuren der Zeichnung näher
erläutert werden.The invention is to be described in more detail below with reference to the figures of the drawing
explained.
Die F i g. 1 zeigt ein Dispersionsdiagramm einer Verzögerungsleitung
mit periodischer Struktur in der üblichen Darstellungsweise eines rechtwinkligen
Koordinatensystems, dessen Abszisse die Wellenlänge 20 im freien Raum und dessen
Ordinate das Verzögerungsmaß c/v angibt. Die Kurve 1 beschreibt die Dispersion
der Nutzgründwelle, die für die Wechselwirkung mit einem Elektronenstrahl benutzt
wird und hier lediglich beispielsweise ein vorwärtslaufender Grundwellentyp ist.
Neben dieser Nutzgrundwelle kann sich auf der Verzögerungsleitung ein Störwellenmodus
ausbilden, der gegenüber dem der Nutzgrundwelle zugehörigen Nutzwellenmodus höherfrequent
ist (Dispersionskurven 2). Verzögerungsleitungen mit periodischer Struktur haben
nämlich die Eigenschaft, daß auf der Verzögerungsleitung grundsätzlich außer dem
vorherrschenden, beispielsweise vorwärtslaufenden Grundwellentyp ein als Störwellenmodus
erscheinender Ausbreitungsmodus mit in entgegengesetzter Richtung laufendem, also
hier rückwärtslaufendem Grundwellentyp auftritt. Bei der Kopplung eines Elektronenstrahls
mit der Verzögerungsleitung kann deshalb gleichzeitig mit der Nutzgrundwelle der
Wellenlänge Ab ein Störwellenmodus der mittleren Wellenlänge d,", angefacht
werden. In der F i g. 1 wird dies durch die Gerade 3 deutlich, welche das c/v-Verhältnis
für die Elektronengeschwindigkeit v1 bei einer bestimmten Betriebsspannung angibt.
Entsprechend dem erforderlichen Synchronismus zwischen Elektronenstrahl und den
auf der Verzögerungsleitung fortschreitenden elektromagnetischen Wellen stimmt dabei
die Geschwindigkeit v1 im wesentlichen mit der Phasengeschwindigkeit der - Nutzgrundwelle
überein. Man erkennt, daß bei dieser Geschwindigkeit auch eine Wechselwirkung mit
der vorwärtslaufenden ersten Teilwelle des Störwellenmodus (im folgenden Stör= welle
genannt) möglich ist (Schnittpunkt der Geraden 3 mit den Dispersionskurven 2 des
Störwellenmodus).The F i g. 1 shows a dispersion diagram of a delay line with a periodic structure in the usual representation of a right-angled coordinate system, the abscissa of which indicates the wavelength 20 in free space and the ordinate of which indicates the degree of delay c / v. Curve 1 describes the dispersion of the useful fundamental wave which is used for the interaction with an electron beam and which is only a forward fundamental wave type here, for example. In addition to this useful fundamental wave, an interference wave mode can develop on the delay line which has a higher frequency than the useful wave mode associated with the useful fundamental wave (dispersion curve 2). Delay lines with a periodic structure have the property that in addition to the predominant, for example forward fundamental wave type, a propagation mode which appears as an interference wave mode and which runs in the opposite direction, i.e. here a reverse fundamental wave type, occurs on the delay line. When an electron beam is coupled to the delay line, an interference wave mode of the mean wavelength d, ", can therefore be fanned at the same time as the useful fundamental wave of the wavelength Ab. In FIG. According to the required synchronism between the electron beam and the electromagnetic waves advancing on the delay line, the speed v1 essentially corresponds to the phase speed of the useful fundamental wave. It can be seen that at this speed there is also an interaction with the forward moving first partial wave of the disturbance wave mode (hereinafter called disturbance wave) is possible (intersection of the straight line 3 with the dispersion curves 2 of the disturbance wave mode).
Die F i g. 2 dient zur Erläuterung der geometrischen Größen, die für
die charakteristischen Eigenschaften wie Verzögerungsmaß und Kopplungswiderstand
einer Verzögerungsleitung mit periodischer Struktur allgemein maßgebend sind. Als
Beispiel einer Verzögerungsleitung mit periodischer Struktur ist dabei ausschnittsweise
eine Interdigitalleitung wiedergegeben, deren Finger 4 deckungsgleich hintereinanderliegende
Öffnungen zum Durchtritt eines Elektronenstrahls (Elektronenstrahl-Durchtrittsöffnungen)
aufweisen. Mit h ist die sogenannte Spaltlänge, das ist der Abstand zwischen benachbarten
Verzögerungselementen, der Verzögerungsleitung bezeichnet. L ist die Periodenlänge
der Verzögerungsleitung und a der Durchmesser der Elektronenstrahldurchtrittsöffnungen.The F i g. 2 is used to explain the geometrical variables that are generally decisive for the characteristic properties such as the degree of delay and coupling resistance of a delay line with a periodic structure. As an example of a delay line with a periodic structure, an interdigital line is shown in detail, the fingers 4 of which have congruently one behind the other openings for the passage of an electron beam (electron beam passage openings). The term h denotes the so-called gap length, that is the distance between adjacent delay elements, of the delay line. L is the period length of the delay line and a is the diameter of the electron beam passage openings.
Das Maß für die Wechselwirkung zwischen einem Elektronenstrahl und
einer auf einer Verzögerungsleitung fortschreitenden elektromagnetischen Welle ist
bekanntlich der Kopplungswiderstand. Es wird demnach eine Störwelle dann nicht angefacht
werden, wenn ihr Kopplungswiderstand gering ist. Der Kopplungswiderstand der Störwelle
berechnet sich nach der Formel
wobei E" die longitudinale elektrische Feldkomponente der Störwelle und ß., das
Phasenmaß der Störwelle, P", die von der Störwelle transportierte Leistung und 1o
die modifizierte Besselfunktion nullter Ordnung ist. Die Größen h, L und a haben
die in F i g. 2 erläuterte Bedeutung. Aus der angegebenen
Formel
erkennt man, daß der Kopplungswiderstand Rks der Störwelle den Wert 0 annimmt, wenn
der Ausdruck
0 wird, d. h., wenn die Bedingung
erfüllt. ist (n ist eine beliebige ganze Zahl). Nach der Gleichung
gilt für das Phasenmaß der Störwelle die Beziehung
Der Kopplungswiderstand Rk, der Störwelle nimmt also den Wert 0 an, wenn
Die genannte Bedingung läßt sich leicht erfüllen, wenn die mittlere Störwellenlänge
.l"@ wesentlich kleiner als die Betriebswellenlänge db der Röhre ist und 'die Störwelle
eine sehr starke Dispersion aufweist. Dies ist praktisch immer dann erfüllt, wenn
die Störwelle auf den symmetrischen Wellenmodus der Verzögerungsleitung beruht.The measure of the interaction between an electron beam and an electromagnetic wave traveling on a delay line is known to be the coupling resistance. Accordingly, an interfering wave will not be fanned if its coupling resistance is low. The coupling resistance of the interference wave is calculated using the formula where E "is the longitudinal electric field component of the interference wave and ß., the phase measure of the interference wave, P", the power transported by the interference wave and 1o is the modified Bessel function of the zeroth order. The sizes h, L and a are as shown in FIG. 2 explained meaning. From the formula given, it can be seen that the coupling resistance Rks of the interference wave assumes the value 0 when the expression Becomes 0, that is, if the condition Fulfills. is (n is any integer). According to the equation the relation applies to the phase measure of the interference wave The coupling resistance Rk of the interfering wave thus assumes the value 0 if The condition mentioned can easily be fulfilled if the mean interference wavelength .l "@ is significantly smaller than the operating wavelength db of the tube and the interference wave has a very strong dispersion Delay line is based.