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Extended Interaction Klystron (EIK)

Elektronenkanone
Permanent-
magneten
Interaktive
Öffnungen
Schlitzreihe
als Verzögerungsleitung
Kollektor
Kühlung

Bild 1: Funktionsprinzip eines EIKs

Elektronenkanone
Permanent-
magneten
Interaktive
Öffnungen
Schlitzreihe
als Verzögerungsleitung
Kollektor
Kühlung

Bild 1: Funktionsprinzip eines EIKs

Elektronenkanone
Permanent
magneten
Interaktive
Öffnungen
Schlitzreihe
als Verzögerungsleitung
Kollektor
Kühlung

Bild 1: Funktionsprinzip eines EIKs

Bei einem klassischen Klystron muss ein Elektron aus dem Elektronenstrahl in etwa einer halben Schwingung des Hohlraumresonators diesen Bereich durchqueren. Das verlangt sehr hohe Geschwindigkeiten (also Anodenspannungen) und wird mit zunehmender Schwingfrequenz immer schwieriger.

Die Technologie des Extended Interaction Klystrons (EIK) übernimmt die mechanische Unempfindlichkeit und die hohe mögliche Ausgangsleistung eines herkömmlichen Klystrons. Es kann als eine Verbesserung sowohl des Zweikammer-Klystrons als auch der Coupled-Cavity Wanderfeldröhre angesehen werden. Das Extended Interaction Klystron vereint die Vorteile beider Laufzeitröhren: die Robustheit und hohe Ausgangsleistung eines Klystrons und die relativ große Bandbreite einer Wanderfeldröhre. Diese hohe Leistung, Bandbreite und Effizienz im Mikrowellenbereich erhält das EIK durch Verwendung von einer Kette von Kopplungsschlitzen zum Resonator. Die Zahl dieser Schlitze und deren Abstände variieren zwischen den verschiedenen Anwendungen. Diese Schlitzkette unterstützt den hohen Wirkungsgrad und die thermische Stabilität im Höchstfrequenzbereich durch die Verwendung einer relativ geringen Anodenspannung. EIKs können derzeit für Frequenzen im Bereich von 18 bis 280 GHz hergestellt werden.

Bild 1 zeigt das Funktionsprinzip eines EIKs. Aus der Kathode treten Elektronen aus die von dem Wehneltzylinder in Richtung Anode und zu einem scharfen Strahl gebündelt werden. Von der Anodenspannung erhalten die Elektronen eine starke Beschleunigung hin zur Anode und durchqueren diese durch ein kleines Loch. Hinter der Anode ist es ein linearer Elektronenstrahl mit anfangs konstanter Geschwindigkeit, der von Permanentmagneten fokussiert wird. Dieser Elektronenstrahl durchquert die Resonatoren durch einen Tunnel. Die Resonatoren haben eine Reihe von Schlitzen mit interaktiven Löchern zum Resonator. Jeder dieser Schlitze stellt einen kurzen Abschnitt einer Verzögerungsleitung dar, ähnlich der Reihe von Resonatoren in einer Wanderfeldröhre mit Coupled-Cavities. Die Anzahl dieser Schlitze wird gewählt im Sinne einer effektiven Geschwindigkeitsmodulation der Elektronen bei einer hohen Stabilität der HF-Schwingungen. Nachdem der Elektronenstrahl einen Teil seiner Energie an den zweiten Resonator in Form einer verstärkten HF-Schwingung abgegeben hat, verlässt er die Resonatoren und wird im Kollektor aufgefangen.

Diese mit mehreren Kopplungsschlitzen versehenen Hohlraumresonatoren haben einen einfachen und robusten Aufbau und haben eine sehr hohe Impedanz. Das unterstützt die effiziente Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahls sowie den Energieaustausch zwischen Elektronenstrahl und den Resonatoren über einen großen Bandbreitenbereich.

Eine hohe Verstärkung wird schon bei relativ geringer Röhrenlänge erreicht, was den Einsatz von Permanentmagneten zur Schärfeeinstellung des Elektronenstrahls ermöglicht. Somit kann die Schaltung einfach und leicht gestaltet werden. Im Falle einer Pulsmodulation wird das System von Hilfsanoden zur Fokussierung des Strahls verwendet, den Elektronenstrahl pulsmoduliert zu steuern. Die geometrisch kurze Schlitzkette verringert die Gefahr des Auftretens parasitärer Schwingungsmoden und sichert eine stabile Verstärkung mit geringem Rauschen.

Extended Interaction Oszillator

Der Extended Interaction Oszillator (EIO) ist mit nur einem Hohlraumresonator aufgebaut. Dessen Schlitzkette wirkt wie die Verzögerungsleitung der Coupled-Cavity Wanderfeldröhre mit extrem starker Kopplung zwischen deren Resonatoren. Bei ausreichend hohem Strom entstehen ungedämpfte Schwingungen. Durch Verändern der Geschwindigkeit der Elektronen (durch die Anodenspannung) kann die Frequenz der Schwingung im Bereich bis zu 0,4% der Resonatorfrequenz abgestimmt werden.