Backward-wave Oszillator

Ein Backward-wave Oszillator (BWO), auch Carcinotron, ist eine Rückwärtswellenröhre und allgemein eine Laufzeitröhre zur Erzeugung von Mikrowellen. Sie hat gegenüber zum Beispiel Reflexklystrons und Magnetrons den Vorteil der elektrischen Abstimmbarkeit über einen großen Frequenzbereich.

Die Röhre wird überwiegend in der Forschung und im militärischen Bereich eingesetzt. Entwickelt wurden BWOs Anfang der 1950er Jahre zunächst von CSF und industriell gefertigt seit den 1960er Jahren.

Mit BWOs können je nach Typ Frequenzen von etwa 1 GHz bis in den Terahertz-Bereich erzeugt werden. Die Ausgangsleistung beträgt bei den gängigen Bauformen wenige Milliwatt und sinkt bei Erhöhung der Frequenz. Mit Sonderbauformen können Ausgangsleistungen bis zu 100 kW erreicht werden.

Aufbau und Funktion

BWOs sind Oszillatorröhren, die ähnlich wie die nur zur Verstärkung dienenden Wanderfeldröhren unter anderem aus einer Helix als Verzögerungsleitung bestehen. Auf dieser läuft eine Welle und wechselwirkt mit einem Elektronenstrahl. Die erzeugte Welle läuft bei BWOs auf der Helix jedoch rückwärts, d. h. entgegengesetzt zur Richtung des Elektronenstrahls. Diese in einer Wanderfeldröhre unerwünschte Erscheinung wird hier ausgenutzt. Die Rückkopplung des Oszillators wird durch den Elektronenstrahl realisiert, indem die am Ausgang in ihm induzierten Geschwindigkeitsänderungen aufgrund der Laufzeit zu Dichteänderungen werden, die durch ihr elektrisches Wechselfeld das Ende der Helix anregen. Schwingungen werden somit dann erzeugt, wenn zwischen Elektronengeschwindigkeit und Phasengeschwindigkeit der Welle auf der Verzögerungsleitung eine Phasendispersion besteht.

Das Längs-Magnetfeld eines Dauermagneten dient der Bündelung beziehungsweise Führung des Elektronenstrahls.

Die Frequenz der erzeugten Welle lässt sich mit der Beschleunigungsspannung (Anodenspannung) des Elektronenstrahls über weite Bereiche variieren.

Carcinotron

In der technischen Ausführung besteht ein BWO aus folgenden Teilen:

• der Elektronenkanone, meist als Tetroden-Strahlsystem ausgeführt
• der Verzögerungsleitung mit Auskopplung
• der Montageeinheit mit Magnet und Sockel

Zur Vermeidung unerwünschter Schwingungen ist das Ende der Verzögerungsleitung durch Aufdampfen einer dünnen Eisenschicht bedämpft.

Anwendung

Der BWO findet unter dem Namen Carcinotron Anwendung als Hochfrequenzgenerator in älteren Radargeräten. Gebaut wurden BWOs beispielsweise von der US-amerikanischen Firma Watkins-Johnson.

Literatur

• Hewlett Packard Company: How a helix Backwars-wave tube works in HP Application Note, Nr. 12, Palo Alto, U.S.A., 1959
• Hewlett Packard Company: Sweep Oscillator Model 8690, Operating and service manual, Palo Alto, U.S.A., 1970