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PROCEEDINGS OF THE IRE

IRE S t a n d a r d son E l e c t r o nD e v i c e s :Defin i t ions ofTerms R e l a t e dt o M i c r o w a v eTubes ( K l y s t r o n s ,M a g n e t r o n s a n d T r a v e l i n gWave T u b e s ) , 1956

OMMITTEE PERSONNEL

C o m m i t t e eo n E l e c t r o nT u b e s ,1 9 5 0 - 5 5

P . A . R E D H E A D ,C h a i r m a n , 5 5 A . L . S A M U E L ,C h a i r m a n ,' 5 1 - 5 2W J . D O D D S ,C h a i r m a n , 5 4 - 5 5 L . S . N E R G A A R D ,C h a i r m a n , 5 0 - 5 1G . D . O ' N E I L L ,C h a i r m a n , 5 2 - 5 4 R . M R Y D E R ,V i c e - C h a i r m a n ,' 5 2 - ' 5 4

W G . S H E P H E R D ,V i c e - C h a i r m a n , 5 4 - 5 5

A . E . A n d e r s o nE . M B o o n eR . S . B u r n a pJ . W C l a r k

W J . D o d d sW G . Do wG . A . E s p e r s e n ,C . E . F a yW R . F e r r i sP . A . F l e m i n gM S . G l a s sA . M . G l o v e rJ . E . GorhamJ . W G r e e rL . B . H e a d r i c k ,L . A . H e n d r i c k sT . J . H e n r y

M E . H i n e sE . C . H o m e rS . B . I n g r a mR . B . J a n e s

E . 0 . J o h n s o nS . F . a i s e lJ . W K e a r n e yG . R . K i l g o r eW J . K l e e nP . M L a p o s t o l l eC . G . L o bS . J . K o c hH . K r a u s sR . M M a t h e s o iB . L .M c C r e a r yJ . A . M o r t o nI . E . M o u r o m t s e f f

L . S . N e r g a a r dH . L . Owens0 . W P i k eP . A . R e d h e a d

H . J . R e i c hA . C . RockwoodH . R o t h eJ . S . S a b yA . L . S a m u e lW G . S h e p h e r dR . W S l i n k m a nR . G . S t o u d e n h e i m e rH . L . T h o r s o nM A . TownsendR . R . W a r n e c k eC . M W h e e l e r

S t a n d a r d sC o m m i t t e e1 9 5 5 - 5 6

W R . B e n n e t tJ . G . B r a i n e r dP . S . C a r t e rP . S . C h r i s t a l d iA . G . C l a v i e rJ . E . E i s e l e i nA . W F r i e n dV . M GrahamR . A . H a c k b u s c hH . C . HardyD . E . H a r n e t t

P . J . H e r b s tHans J a f f eH e n r yJ a s i kA . G . J e n s e nJ . L . J o n e sJ . G . K r e e r ,J r .E . A . L a p o r tA . A . M a c d o n a l dWa y n e MasonD . E . M a x w e l lK . R . M c C o n n e l l

R . F . S H E A ,V i c e - C h a i r m a nL . G . C U M M I N G ,V i c e - C h a i r m a n

H . R . M i m n oM G . M o r g a nG . A . M o r t o nH . L . OwensC . H . P a g eP . A . R e d h e a dR . S e r r e l lR . M S h o w e r sH . R . T e r h u n eJ . E . WardW T . W i n t r i n g h a m

D e f i n i t i o n sC o o r d i n a t o r

M W B A L D W I N ,J R .

R e p r i n t so f t h i sS t a n d a r d ,5 6 IR E 7 . S 1may b e p u r c h a s e dw h i l ea v a i l a b l ef r o mt h e I n s t i t u t e o f Radio E n g i n e e r s ,1 East 7 9 t h S t r e e t ,Ne w Yo r k , N . Y . a t 0 . 5 0 pe r copy 2 0 pe r c e n t d i s c o u n tw i l lb e a l l o w e df o r 1 0 0 or more c o p i e sm a i l e dt o one a d d r e s s .

E . W E B E R ,C h a i r m a nM . W B A L D W I N ,J R . ,V i c e - C h a i r m a n

3 4 6 M a r c h

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IR E S t a n d a r d s o nE l e c t r o nD e v i c e s :M i c r o w a v e T e r m s

B a c k w a r dWave ( i na T r a v e l i n g - W a v eT u b e )A w a v ew h o s eg r o u pv e l o c i t yi s o p p o s i t et o t h ed i r e c -

t i o no f e l e c t r o ns t r e a mm o t i o n .

B u n c h i n g

T he a c t i o n i n a v e l o c i t y - m o d u l a t e de l e c t r o ns t r e a mt h a t p r o d u c e sa n a l t e r n a t i n gc o n v e c t i o n - c u r r e n tc o m -p o n e n ta s a d i r e c tr e s u l to f t h e d i f f e r e n c e so f e l e c t r o nt r a n s i tt i m e p r o d u c e db y t h e v e l o c i t ym o d u l a t i o n .

B u n c h i n gA n g l e( i na n E l e c t r o nS t r e a m )I n a g i v e nd r i f ts p a c e ,t h e a v e r a g et r a n s i ta n g l eb e -

t w e e nt h e p r o c e s s e so f v e l o c i t ym o d u l a t i o na n d e n e r g ye x t r a c t i o na t t h e s a m eo r d i f f e r e n tg a p s .

B u n c h i n gP a r a m e t e r

O n e - h a l ft h ep r o d u c to f ( a ) t h e b u n c h i n ga n g l ei n t h ea b s e n c eo f v e l o c i t ym o d u l a t i o na n d ( b ) t h e d e p t h o fv e l o c i t ym o d u l a t i o n .

N o t e : I n a r e f l e xk l y s t r o nt h ee f f e c t i v eb u n c h i n ga n g l em u s tb e u s e d .

C i r c u i tE f f i c i e n c y( o ft h e o u t p u t c i r c u i to f a n E l e c t r o nT u b e )

T h er a t i oo f ( a )t h e p o w e ra t t h e d e s i r e df r e q u e n c yd e -l i v e r e dt o a l o a d a t t h e o u t p u t t e r m i n a l so f t h e o u t p u tc i r c u i to f a n o s c i l l a t o ro r a m p l i f i e rt o ( b ) t h e p o w e ra tt h e d e s i r e df r e q u e n c yd e l i v e r e db y t h ee l e c t r o ns t r e a mt o t h e o u t p u tc i r c u i t .

C o m p r e s s i o nR a t i o( g a i no r a m p l i f i c a t i o n )T h er a t i oo f ( a )t h e m a g n i t u d eo ft h eg a i n( o ra m p l i f i -

c a t i o n )a t a r e f e r e n c es i g n a ll e v e lt o ( b )i t s m a g n i t u d ea ta h i g h e rs t a t e ds i g n a ll e v e l .

C o n v e c t i o nC u r r e n t

I n a n e l e c t r o ns t r e a m ,t h e t i m er a t e a t w h i c hc h a r g ei st r a n s p o r t e dt h r o u g ha g i v e ns u r f a c e .

C o n v e c t i o n - C u r r e n tM o d u l a t i o n

T h et i m e v a r i a t i o ni n t h e m a g n i t u d eo f t h e c o n v e c t i o nc u r r e n tp a s s i n gt h r o u g ha s u r f a c e ,o r t h e p r o c e s so f d i -r e c t l yp r o d u c i n gs u c ha v a r i a t i o n .

C o u p l i n gC o e f f i c i e n t ,S m a l l S i g n a l( f o r a n E l e c t r o nS t r e a m )T h er a t i oo f ( a )t h emaximumc h a n g ei n e n e r g yo fa n

e l e c t r o nt r a v e r s i n gt h e i n t e r a c t i o ns p a c e t o ( b ) t h ep r o d u c to f t h e p e a ka l t e r n a t i n gg a p v o l t a g eb y t h e e l e c -t r o n c h a r g e .

D e p t ho fVe l o c i t yM o d u l a t i o n ,S m a l lS i g n a lT h er a t i oo f t h e p e a ka m p l i t u d eo f t h e v e l o c i t ym o d u -

l a t i o no f a n e l e c t r o ns t r e a m , e x p r e s s e di n e q u i v a l e n t

DC E l e c t r o n - S t r e a mR e s i s t a n c eT h e q u o t i e n to f e l e c t r o n - s t r e a mp o t e n t i a la n d t h e d i -

r e c t - c u r r e n tco mpo nen t o f s t r e a mc u r r e n t .

D r i f tS p a c eI n an e l e c t r o nt u b e , r e g i o ns u b s t a n t i a l l yf r e eo f e x -

t e r n a l l ya p p l i e da l t e r n a t i n gf i e l d s ,i n w h i c ha r e l a t i v er e p o s i t i o n i n go f t h e e l e c t r o n st a k e s p l a c e .

E f f e c t i v eB u n c h i n gA n g l e( i na R e f l e xK l y s t r o n )I n a g i v e nd r i f ts p a c e , t h e t r a n s i tangle t h a t w o u l db e

r e q u i r e di n a h y p o t h e t i c a ld r i f ts p a c e i n w h i c ht h e p o -t e n t i a l sv a r y l i n e a r l yo v e r t h e same range as i n t h e g i v e ns p a c e a n d i n w h i c ht h e b u n c h i n ga c t i o n i s t h e same asi n t h e g i v e nspace

E l e c t r o n - G u nD e n s i t yM u l t i p l i c a t i o nTh e r a t i oo f t h e a v e r a g e c u r r e n td e n s i t ya t any s p e c i -

f i e da p e r t u r e t h r o u g hw h i c ht h e stream passes t o t h ea v e r a g e c u r r e n t d e n s i t ya t t h e c a t h o d es u r f a c e .E l e c t r o n - S t r e a mP o t e n t i a l

A t any p o i n t i n an e l e c t r o n - s t r e a m ,t h e t i m e a v e r a g eo f t h e p o t e n t i a ld i f f e r e n c eb e t w e e nt h a t p o i n t a n d t h ee l e c t r o n - e m i t t i n gs u r f a c e .

E l e c t r o n - S t r e a mT r a n s m i s s i o nE f f i c i e n c yA t an e l e c t r o d et h r o u g h w h i c ht h e e l e c t r o nstream

p a s s e s , t h e r a t i oo f ( a ) t h e a v e r a g e stream c u r r e n tt h r o u g ht h e e l e c t r o d et o ( b )t h e a v e r a g e stream c u r r e n ta p p r o a c h i n gt h e e l e c t r o d e .

N o t e : I n c on n e c t i o n w i t hm u l t i t r a n s i t t u b e s ,t h eterm e l e c t r o ns t r e a m s h o u l db e t a k e n t o i n -c l u d e o n l y e l e c t r o n sa p p r o a c h i n gt h e e l e c t r o df o rt h e f i r s tt i m e .

E l e c t r o n i cE f f i c i e n c yT h e r a t i oo f ( a )t h e power a t t h e d e s i r e df r e q u e n c yd e -

l i v e r e db y t h e e l e c t r o nstream t o t h e c i r c u i ti n an o s c i l -l a t o ro r a m p l i f i e rt o ( b ) t h e a v e r a g e power s u p p l i e d t ot h e s t r e a m .

E l e c t r o nWave T u b eAn e l e c t r o nt u b e i n w h i c h m u t u a l l y i n t e r a c t i n

s t r e a m so f e l e c t r o n sh a v i n gd i f f e r e n tv e l o c i t i e scause s i g n a lm o d u l a t i o nt o c h a n g ep r o g r e s s i v e l ya l o n g t h e i rl e n g t h .

F o r w a r dWave ( i na T r a v e l i n g - W a v eT u b e )A wave w h o s egroup v e l o c i t yi s i n t h e same d i r e c t i o

as t h e e l e c t r o nstream m o t i o n .

F r e q u e n c yP u l l i n g

A c h a n g eo f t h e g e n e r a t e df r e q u e n c yo f an o s c i l l a t ov o l t s ,t o t h e e l e c t r o n - s t r e a mp o t e n t i a l .

1 9 5 6 3 4 7

c a u s e db ya c h a n g ei n l o a d i m p e d a n c e .

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PROCEEDINGS OF THE IR E

F r e q u e n c yR a n g e( o fa D e v i c e )T h e r a n g eo f f r e q u e n c i e so v e r w h i c ht he d e v i c em ay

b e c o n s i d e r e du s e f u lw i t h v a r i o u sc i r c u i ta n d o p e r a t i n gc o n d i t i o n s .

N o t e : F r e q u e n c yr a n g es h o u l db e d i s t i n g u i s h e df r o mb a n d w i d t h ,w h i c hi s a m e a s u r eo f u s e f u lr a n g ew i t h f i x e d c i r c u i t sa n d o p e r a t i n gc o n d i t i o n s .

G a pA d m i t t a n c e ,C i r c u i tT h ea d m i t t a n c eo f t h e c i r c u i ta t a g a p i n t h e a b s e n c e

o f a n e l e c t r o ns t r e a m .

Gap A d m i t t a n c e ,E l e c t r o n i c

T h ed i f f e r e n c eb e t w e e n( a ) t h eg a p a d mi t t a n c ew i t ht h e e l e c t r o ns t r e a mt r a v e r s i n gt h e g a p a n d ( b ) t h e g a pa d m i t t a n c ew i t h t h e s t r e a ma b s e n t .

Gap C a p a c i t a n c e ,E f f e c t i v eO n eh a l ft h e r a t e o fc h a n g ew i t ha n g u l a r f r e q u e n cyo f

t h er e s o n a t o rs u s c e p t a n c e ,m e a s u r e da t t h e g a p , f o rf r e -q u e n c i e sn e a r r e s o n a n c e .

G a pL o a d in g , M ul t i p a c t o rTh e e l e c t r o n i cg a p a d m i t t a n c er e s u l t i n gf r o m a s u s -

t a i n e ds e c o n d a r ye m i s s i o nd i s c h a r g ee x i s t i n gw i t h i n ag a p a s a r e s u l to f t h e m o t i o no f t h e s e c o n d a r ye l e c t r o n si n s y n c h r o n i s mw i t h t h e e l e c t r i cf i e l di n t h e g a p .

G a pL o a d i n g ,P r i m a r yT r a n s i t - A n g l eT h e e l e c t r o n i cg a p a d m i t t a n c et h a t r e s u l t sf r o m t h e

t r a v e r s a lo f t h e g a pb y a n i n i t i a l l yu n m o d u l a t e de l e c t r o ns t r e a m .

N o t e : T h i s i s e x c l u s i v eo f s e c o n d a r ye m i s s i o ni n t h eg a p .

G a pL o a d i n g ,S e c o n d a r yE l e c t r o nT h e e l e c t r o n i cg a p a d m i t t a n c ew h i c hr e s u l t sf r o m t h e

t r a v e r s a lo f a g a p b y s e c o n d a r ye l e c t r o n so r i g i n a t i n gi nt h e g a p .

H y s t e r e s i s( o fa n O s c i l l a t o r )A b e h a v i o rt h a t m ay a p p e a ri n a n o s c i l l a t o rw h e r e i n

m u l t i p l ev a l u e so f t h e o u t p u t p o w e ra n d / o rf r e q u e n c yw i l lc o r r e s p o n dt o g i v e nv a l u e so f a n o p e r a t i n gp a r a m e -

t e r .I n p u t G a p

An i n t e r a c t i o ng a p u s e d t o i n i t i a t ea v a r i a t i o ni n a ne l e c t r o ns t r e a m .

I n t e r a c t i o nC i r c u i tPhase Ve l o c i t y( o fa T r a v e l i n g - W a v eT u b e )

T h e p h a s ev e l o c i t yo f a wave t r a v e l i n gon t h e c i r c u i ti n t h e a b s e n c eo f e l e c t r o nf l o w .

I n t e r a c t i o nGapAn i n t e r a c t i o ns p a c e b e t w e e ne l e c t r o d e s .

I n t e r a c t i o nI m p e d a n c e( o fa T r a v e l i n g - W a v eT u b e )A m e a s u r eo f t h e r a d i of r e q u e n c yf i e l ds t r e n g t ha t t h e

e l e c t r o ns t r e a mf o ra g i v e np o w e ri n t h e i n t e r a c t i o nc i r -c u i t . I tm ay b e e x p r e s s e db y t h e f ol l ow i n ge q u a t i o n :

E 2K=

2 2v

w h e r eE i s t h e p e a k v a l u e o f t h e e l e c t r i cf i e l da t t h ep o s i t i o no fe l e c t r o nf l o w,c oi s t h e a n g u l a rf r e q u e n c y ,v i st h e i n t e r a c t i o nc i r c u i tp h a s ev e l o c i t ya n d P i s t h e p r o p a -g a t i n gp o w e r . I f t h e f i e l ds t r e n g t hi s n o t u n i f o r mo v e rt h e b e a m ,a n e f f e c t i v ei n t e r a c t i o ni m p e d a n c em ay b ed e f i n e d .

I n t e r a c t i o nS p a c e

A r e g i o no f a n e l e c t r o nt u b e i n w h i c he l e c t r o n si n t e r -a c t w i t h a n a l t e r n a t i n ge l e c t r o m a g n e t i cf i e l d .

L o a d I m p e d a n c eD i a g r a m( o fa n O s c i l l a t o r )A c h a r t s h o w i n gp e r f o r m a n c eo f t h e o s c i l l a t o rw i t hr e s p e c tt o v a r i a t i o n si n t h e l o a di m p e d a n c e .O r d i n a r i lc o n t o u r so f c o n s t a n tp o w e ra n d o f c o n s t a n tf r e q u e n c ya r e d r a w no n a c h a r t w h o s ec o o r d i n a t e sa r e t h e c o m -p o n e n t so f e i t h e rt h e c o m p l e xl o a d i m p e d a n c eo r o f t h er e f l e c t i o nc o e f f i c i e n t .( S e eR i e k eD i a g r a m . )

M ode

A s t a t eo f a v i b r a t i n gs y s t e mt o w h i c hc o r r e s p o n d so n eo f t h e p o s s i b l er e s o n a n tf r e q u e n c i e s( o rp r o p a g a t i o nc o n s t a n t s ) .

N o t e1 : N o t a l l d i s s i p a t i v es y s t e m sh a v em o d e s .N o t e2 : S e e M o d e s ,D e g e n e r a t e .

M o d e s ,D e g e n e r a t e

A s e t o fm o d e sh a v i n gt h e s a m er e s o n a n tf r e q u e n c y( o rp r o p a g a t i o nc o n s t a n t ) .

N o t e : T h e m e m b e r so f a s e t o fd e g e n e r a t em o d e sa r en o t u n i q u e .

Mode o f a n O s c i l l a t o rA ) R e s o n a t o rM o d e :A c o n d i t i o no f o p e r a t i o nc o r r e -

s p o n d i n gt o a p a r t i c u l a rf i e l dc o n f i g u r a t i o nf o r w h i c ht h e e l e c t r o ns t r e a mi n t r o d u c e sa n e g a t i v ec o n d u c t a n c e

i n t ot h ec o u p l e dc i r c u i t .B ) T r a n s i t - T i m eM o d e :A c o n d i t i o no f o p e r a t i o no fa n o s c i l l a t o rc o r r e s p o n d i n gt o a l i m i t e dr a n g eo f d r i f t -s p a c e t r a n s i ta n g l ef o rw h i c ht h ee l e c t r o ns t r e a mi n t o -d u c e sa n e g a t i v ec o n d u c t a n c ei n t ot h ec o u p l e dc i r c u i t .

Mode S e p a r a t i o n( i na n O s c i l l a t o r )Th e f r e q u e n c yd i f f e r e n c eb e t w e e nr e s o n a t o rm o d e so f

o s c i l l a t i o n .

O p t i m u mB u n c h i n gT h e b u n c h i n gc o n d i t i o nt h a t p r o d u c e sm a x i m u m

p o w e ra t t h e d e s i r e df r e q u e n c yi n a n o u t p u tg a p .

3 4 8 M a r c h

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IRE S t a n d a r d so n E le c t ro n D ev i c es :M i c r o w a v eT e r m s

O u t p u tGap

An i n t e r a c t i o ng a p b y m e a n so f w h i c hu s a b l e p o w e rc a n b e a b s t r a c t e df r o ma n e l e c t r o ns t r e a m .

O v e r b u n c h i n g

T h eb u n c h i n gc o n d i t i o np r o d u c e db y t h e c o n t i n u a t i o no f t h e b u n c h i n gp r o c e s sb e y o n dt h e o p t i m u mc o n d i t i o n .

P e a kA l t e r n a t i n gG a pVo l t a g e

T he n e g a t i v eo f t h e l i n ei n t e g r a lo f t h e p e a ka l t e r n a t -i n ge l e c t r i cf i e l dt a k e n a l o n ga s p e c i f i e dp a t h a c r o s st h eg a p .

N o t e : T he p a t h o f i n t e g r a t i o nmust b e s t a t e d .

P e r f o r m a n c eC h a r t( o fa M a g n e t r o nO s c i l l a t o r )A p l o to n c o o r d i n a t e so f a p p l i e da n o d ev o l t a g ea n d

c u r r e n t s h o w i n gc o n t o u r so f c o n s t a n tm a g n e t i cf i e l d ,p o w e ro u t p u t , a n d o v e r a l le f f i c i e n c y.

P r e o s c i l l a t i o nC u r r e n tS e e S t a r t i n gC u r r e n t( o fa n O s c i l l a t o r ) .

P u l l i n gF i g u r e

T h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h e m a x i m u ma n d m i n i m u mf r e q u e n c i e sr e a c h e db y a n o s c i l l a t o rwhen t h e p h a s ea n g l eo f t h e r e f l e c t i o nc o e f f i c i e n ta t t h e l o a d i m p e d a n c ev a r i e st h r o u g h3 6 0 0a n d t h e a b s o l u t ev a l u eo f t h i sc o -e f f i c i e n ti sc o n s t a n ta n da t a s p e c i f i e dv a l u e ,u s u a l l y0 . 2 0 .( Vo l t a g es t a n d i n gwave r a t i o1 . 5 .

P u l l i n gF i g u r e( o fa n O s c i l l a t o r )S e eP u l l i n gF i g u r e .

P u s h i n gF i g u r e( o fa n O s c i l i a t o r )T h e c h a n g eo f o s c i l l a t o rf r e q u e n c yw i t h a s p e c i f i e d

c h a n g ei n c u r r e n t ,e x c l u d i n gt h e r m a le f f e c t s .( S e eE l e c -t r o n i cT u n i n gS e n s i t i v i t y . )

R e f l e xB u n c h i n g

T h eb u n c h i n gt h a to c c u r si n a n e l e c t r o ns t r e a mt h a th a s b e e nm a d et o r e v e r s ei t s d i r e c t i o ni n t h ed r i f ts p a c e .

R e p e l l e r

An e l e c t r o d ew h o s ep r i m a r yf u n c t i o ni s t o r e v e r s et h ed i r e c t i o no f a n e l e c t r o ns t r e a m .

N o t e : T h e r e p e l l e ri s s o m e t i m e sc a l l e dt h e r e f l e c t o r .

R e s o n a t o rMode

S e eMode o f a n O s c i l l a t o r .

R i e k eD i a g r a m( o fO s c i l l a t o rP e r f o r m a n c e )

A c h a r t s h o w i n gc o n t o u r so f c o n s t a n tp o w e ro u t p u ta n d c o n s t a n t f r e q u e n c yd r a w n o n a p o l a r d i a g r a mw h o s ec o o r d i n a t e sr e p r e s e n tt h ec o m p o n e n t so f t h e c o m -p l e xr e f l e c t i o nc o e f f i c i e n ta t t h e o s c i l l a t o rl o a d .( S e eL o a dI m p e d a n c eD i a g r a m . )

S i n k( o fa n O s c i l l a t o r )T h e r e g i o no f a R i e k e d i a g r a mw h e r et h e r a t eo f

c h a n g eo f f r e q u e n c yw i t h r e s p e c tt o p h a s eo f t h e r e f l e c -t i o nc o e f f i c i e n ti s m a x i m u m .O p e r a t i o ni n t h i sr e g i o nm ay l e a dt o u n s a t i s f a c t o r yp e r f o r m a n c eb y r e a s o n o fc e s s a t i o no r i n s t a b i l i t yo f o s c i l l a t i o n s .

S m a l l - S i g n a lF o r w a r dT r a n s a d m i t t a n c e

T h e v a l u e o f t h ef o r w a r dt r a n s a d mi t t a n c e o b t a i nw h e nt h ei n p u t v o l t a g ei s s m a l lc o m p a r e dt o t h eb e a mv o l t a g e .

S p a c eC h a r g eD e b u n c h i n g

An y p r o c e s si n w h i c ht h e m u t u a li n t e r a c t i o n sb e t w e e ne l e c t r o n si n t h e s t r e a md i s p e r s et h e e l e c t r o n so fa b u n c h .

S t a r t i n gC u r r e n t( o fa n O s c i l l a t o r )T h e v a l u e o f e l ec t ro n -s t r e a m c u r re n tt h r o u g h a n

o s c i l l a t o ra t w h i c hs e l f - s u s t a i n i n go s c i l l a t i o n sw i l ls t a r tu n d e rs p e c i f i e dc o n d i t i o n so f l o a d i n g .

S y n c h r o n o u sVo l t a g e( o fa T r a v e l i n g - W a v eT u b e )

Th e v o l t a g er e q u i r e dt o a c c e l e r a t ee l e c t r o n sf r o mr e s tt o a v e l o c i t ye q u a lt o t h e p h a s ev e l o c i t yo fa w a v ei n t h ea b s e n c eo f e l e c t r o nf l o w.

T h e r m a lT u n i n gT i m e( H e a t i n g )

T h e t i m e r e q u i r e dt o t u n e t h r o u g ha s p e c i f i e df r e -q u e n c yr a n g ew h e nt h et u n e r p o w e ri s i n s t a n t a n e o u s l yc h a n g e df r o mz e r o t o t h es p e c i f i e dmaximum

N o t e : T h e i n i t i a lc o n d i t i o nm u s t b e o n eo f e q u i l i br i u m .

T h e r m a lT u n i n gT i m e( C o o l i n g )T h e t i m e r e q u i r e dt o t u n e t h r o u g ha s p e c i f i e df r e -

q u e n c yr a n g ew h e nt he t un e rp o w e ri s i n s t a n t a n e o u s l yc h a n g e df r o mt h es p e c i f i e dmaximum t o z e r o .

N o t e : T h e i n i t i a lc o n d i t i o nm u s t b e o n e o f e q u i l i br i u m

T r a n s a d m i t t a n c eC o m p r e s s i o nR a t i o

T h e r a t i oo f t h e m a g n i t u d eo f t h e s m a l l - s i g n a lf o r -w a r d t r a n s a d m i t t a n c eo f t h e t u b e t o t h e m a g n i t u d eo ft h e f o r w a r dt r a n s a d m i t t a n c ea t a g i v e n i n p u t s i g n a ll e v e l .

T r a n s a d m i t t a n c e ,F o r w a r d

T h ec o m p l e xq u o t i e n to f t h e f u n d a m e n t a lc o m p o n e n to f t h es h o r t - c i r c u i tc u r r e n ti n d u c e di n t h es e c o n do fa n yt w o g a p s a n d t h e f u n d a m e n t a lc o m p o n e n tt he v o l t a g ea c r o s s t h e f i r s t .

T r a n s i tA n g l e

T h ep r o d u c to fa n g u l a rf r e q u e n c ya n d t h et i m e t a k e nf o ra n e l e c t r o nt o t r a v e r s ea g i v enp a t h .

T r a n s i t - T i m eModeS e e Mode o f a n O s c i l l a t o r .

1 9 5 6 3 4 9

8/12/2019 IRE_def

5/5

PROCEEDINGS OF T H E IRE

T r a n s v e r s eBeam T r a v e l i n g - W a v eT u b e

A t r a v e l i n g - w a v et u b ei n w h i c h t h e d i r e c t i o no f m o -t i o no f t h e e l e c t r o nbeam i s t r a n s v e r s et o t h e a v e r a g ed i r e c t i o ni n w h i c ht h e s i g n a lw a v em o v e s .

T r a n s v e r s eF i e l dT r a v e l i n g - W a v eT u b e

A t r a v e l i n g - w a v et u b ei n w h i c ht h e t r a v e l i n ge l e c t r i cf i e l d sw h i c hi n t e r a c tw i t h t h e e l e c t r o n sa r e e s s e n t i a l l yt r a n s v e r s et o t h ea v e r a g em o t i o no f t h e e l e c t r o n s .

T r a v e l i n g - W a v eM a g n e t r o nT y p eT u b e

A t r a v e l i n g - w a v et u b ei n w h i c ht h e e l e c t r o n smove i nc r o s s e ds t a t i ce l e c t r i ca n dm a g n e t i cf i e l d sw h i c ha r e s u b -s t a n t i a l l yn o r m a lt o t h e d i r e c t i o no f w a v ep r o p a g a t i o n .

T r a v e l i n g - W a v eT u b e

An e l e c t r o nt u b e i n w h i c ha s t r e a mo f e l e c t r o n si n t e r -a c t sc o n t i n u o u s l yo r r e p e a t e d l yw i t h a g u i d e de l e c t r o -m a g n e t i cw a v e m o v i n gs u b s t a n t i a l l yi n s y n c h r o n i s m

w i t h i t , a n d i n s u c ha wa y t h a t t h e r ei s

a n e t t r a n s f e ro fe n e r g yf r o mt h e s t r e a mt o t h e w a v e .

T r a v e l i n g - W a v eT u b eI n t e r a c t i o nC i r c u i t

An e x t e n d e de l e c t r o d ea r r a n g e m e n ti n a t r a v e l i n g -w a v e t u b ed e s i g n e dt o p r o p a g a t ea n e l e c t r o m a g n e t i cw a v ei n s u c h a m a n n e rt h a t t h e t r a v e l i n ge l e c t r o m a g -n e t i cf i e l d sa r e r e t a r d e da n de x t e n di n t ot h e s p a c eo c c u -p i e db y t h e e l e c t r o ns t r e a m .

N o t e : T r a v e l i n g - w a v et u b e sa r e o f t e nd e s i g n a t e db yt h e t y p e o f i n t e r a c t i o nc i r c u i tu s e d ,a s i nH e l i xType T r a v e l i n g - W a v eT u b e .

T u n i n g ,E l e c t r o n i cT h ep r o c e s so f c h a n g i n gt h e o p e r a t i n gf r e q u e n c yo f a

s y s t e mb y c h a n g i n gt h e c h a r a c t e r i s t i c so fa c o u p l e de l e c -t r o n s t r e a m .C h a r a c t e r i s t i c si n v o l v e da r e ,f o re x a m p l e ,v e l o c i t y ,d e n s i t yo r g e o m e t r y .

T u n i n gR a n g e ,E l e c t r o n i cT h e f r e q u e n c yr a n g e o f c o n t i n u o u st u n i n g b e t w e e n

t w o o p e r a t i n gp o i n t so f s p e c i f i e dm i n i m u m p o w e ro u t -p u t f o ra n e l e c t r o n i c a l l y - t u n e do s c i l l a t o r .

N o t e : T h e r e f e r e n c ep o i n t sa r e f r e q u e n t l yt h e h a l f -p o w e rp o i n t sb u t s h o u l da l w a y sb e s p e c i f i e d .

T u n i n gR a t e , T h e r m a l

T h e i n i t i a lt i m e r a t eo f c h a n g ei n f r e q u e n c yw h i c ho c c u r sw h e nt h ei n p u t p o w e rt o t h e t u n e r i s i n s t a n t a n eo u s l yc h a n g e db y a s p e c i f i e da m o u n t .

N o t e : T h i sr a t ei sa f u n c t i o no f t h e p o w e ri n p u t t o t h et u n e r a s w e l la s t h e s i g na n d m a g n i t u d eo f t h ep o w e rc h a n g e .

T u n i n gS e n s i t i v i t y ,E l e c t r o n i cA t a g i v e n o p e r a t i n gp o i n t ,t h e r a t e o f c h a n g eo f

o s c i l l a t o rf r e q u e n c yw i t h t h e c h a n g eo f t h e c o n t r o l l i ne l e c t r o ns t r e a m . F o r e x a m p l e ,t h i sc h a n g em ay b e e x -p r e s s e di n t e r m so fa n e l e c t r o d ev o l t a g eo rc u r r e n t .( S e eP u s h i n gF i g u r e . )

T u n i n gS e n s i t i v i t y ,T h e r m a lT h er a t eo fc h a n g eo fr e s o n a t o re q u i l i b r i u mf r e q u e n c y

w i t h r e s p e c tt o a p p l i e dt h e r m a lt u n e r p o w e r .

T u n i n g ,T h e r m a l

T h ep r o c e s so fc h a n g i n gt h e o p e r a t i n gf r e q u e n c yo f as y s t e mb y u s i n ga c o n t r o l l e dt h e r m a le x p a n s i o nt o a l t e rt h eg e o m e t r yo f t h e s y s t e m .

T u n i n gT i m eC o n s t a n t ,T h e r m a l

T h e t i m e r e q u i r e df o r t h e f r e q u e n c yt o c h a n g eb y af r a c t i o n( 1 l / e o f t h e c h a n g ei n e q u i l i b r i u mf r e -q u e n c ya f t e ra n i n c r e m e n t a lc h a n g eo f t h e a p p l i et h e r m a lt u n e r p o w e r .

N o t e1 : I f t h eb e h a v i o ri s n o t e x p o n e n t i a l ,t h e i n i t i a lc o n d i t i o n sm u s tb e s t a t e d .

N o t e2 : H e r ee i s t h e b a s eo f n a t u r a ll o g a r i t h m s .

U n d e r b u n c h i n gA c o n d i t i o nr e p r e s e n t i n gl e s st h a n o p t i m u mb u n c h -

i n g .

Ve l o c i t yM o d u l a t i o nT h e p r o c e s sw h e r e b ya t i m e v a r i a t i o ni n v e l o c i t yi s

i m p r e s s e do n t h e e l e c t r o n so f a s t r e a m ;a l s ot h ec o n d it i o ne x i s t i n gi n t h es t r e a ms u b s e q u e n tt o s u c ha p r o c e s s

Ve l o c i t yS o r t i n gAn y p r o c e s so f s e l e c t i n ge l e c t r o n sa c c o r d i n gt o t h e i r

v e l o c i t i e s .

C..A.5D

M a r c h3 5 0