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Anordnung zum Senden und Empfangen von ultrakurzen Wellen.
Zur Erzeugung und zum Empfangen von ultrakurzen Wellen kann man bekanntlich Glühkathodenröhren verwenden, bei denen die positive Spannungselektrode aus einer offenen oder einer durch einen Bügel an den Enden kurzgeschlossenen Drahtspirale besteht. Mittels einer Hilfselektrode oder eines konstanten Hilfsmagnetfeldes kann der Spiralenkreis durch die Elektronenbewegung zwischen den Elektroden zu ungedämpften Schwingungen angeregt werden.
Die Erfindung betrifft eine Glühkathodenröhre der beschriebenen Art, mit welcher extrem kurze Wellen unter 10 cm erzeugt werden können. Da die Wellenlänge, die mit dem Drahtspiralenkreis erzeugt werden kann, ungefähr proportional der verwendeten Drahtlänge ist, musste man zur Erzielung extrem kurzer Wellen die Drahtlänge verkürzen. Solche Röhren zeigten keine oder nur schwache Schwingungen,
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erklärt werden kann.
Nach der Erfindung gelingt die Erzeugung sehr kurzer Wellen mittels Drahtspiralenkreisen dann, wenn Spiralen verwendet werden, bei denen das Verhältnis von Länge zu Durchmesser sehr gross gewählt ist, so gross, dass der Formfaktor der Spirale kleiner als 1 wird. Unter Formfaktor ist dabei das Verhältnis von Wellenlänge zu Drahtlänge verstanden. Bei der offenen Drahtspirale stimmt normal die Draht- länge mit der halben Wellenlänge, bei der geschlossenen Drahtspirale mit der ganzen Wellenlänge überein.
Der sogenannte Formfaktor k hat hier den Wert 1. Die erfindungsgemässen engen und langgestreckten
Spiralen lassen nun Wellen erzeugen, die bedeutend kürzer sind, als es der Drahtlänge der Spiralenkreise entspricht.
Gemäss der weiteren Erfindung wird die aus einer Drahtspirale bestehende Spannungselektrode so eng gemacht, dass sie nahe an die Kathodenraumladung heranreicht. Da ein Elektronengasdielektrikum eine Dielektrizitätskonstante kleiner als 1 besitzt, wird durch die Raumladung der Kathode die Windungkapazität der Spirale herabgedrückt und daher eine weitere Verkürzung der Wellenlänge erzielt.
An Hand der Fig. 1 und 2 seien die Verhältnisse für eine Röhre mit grossem und kleinem Formfaktor dargestellt. In diesen Abbildungen stellen die W-artigen Kurven das Potential innerhalb des Entladungsraumes, bezogen auf das Gitterpotential, welches als Null angenommen wird, dar.
1 entspricht der Kathode, 2 dem Gitter, 3 der Anode und 4 der Umkehrfläche der pendelnden Elektronen in einer Röhre, welche im Querschnitt kreisförmig sein möge, wie es im oberen Teil der Fig. 2 dargestellt ist ; r, 'i, bedeuten Abstände von einer durch die Kathode 1 gelegten Bezugsebene.
Bei der Ausführung nach Fig. 1, welche einer Röhre mit grossem Formfaktor entspricht, werden die von der Kathode 1 ausgehenden Elektronen, die das Gitter 2 durchlaufen haben und an der Umkehrfläche 4 umgekehrt sind, nach abermaligem Passieren des Gitters in dem Raum zwischen Gitter und Kathode wieder abgebremst und kehren an der Kathode wieder um. Ein Teil der Elektronen wird, wenn er nicht genau auf die Kathode zurückfliegt, unter nur unwesentlich geänderten Potentialverhältnissen an der Kathode vorbeifliegen und auf die andere Seite des Gitters und der Bremselektrode gelangen.
Eine Schwingungsanregung erfolgt bekanntlich dann, wenn die Elektrodenspannungen so gewählt sind, dass die Laufzeit der Elektronen von der Kathode über das Gitter die Umkehrfläche bis wieder zur Kathode gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Schwingungsdauer beträgt. Gekennzeichnet ist dieser An-
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regungsvorgang dadurch, dass sich im wesentlichen alle Elektronen unter den in der Figur dargestellten Potentialverhältnissen bewegen.
Anders liegen die Verhältnisse bei einer Röhre gemäss Fig. 2, deren Gitterspirale einen Formfaktor kleiner als 1 aufweist. In diesem Fall wird nur ein ganz geringer Teil der Elektronen der dargestellten Potentialkurve a folgen, die Mehrzahl der Elektronen wird jedoch infolge des steilen Potentialverlaufes an der Kathode und infolge auch nur geringfügiger Abweichungen von der genau radialen Bahn an der Kathode vorbeifliegen und sich unter ganz geänderten Potentialverhältnissen bewegen. In erster Annäherung kann man für die Bewegung eines solchen Elektron die Ebene b annehmen, welche parallel zu der Ebene a, jedoch ausserhalb der Kathode 1 verläuft. Genau betrachtet werden jedoch die Elektronen kaum in einer solchen Ebene sieh bewegen.
Sie vollführen vielmehr parabel-oder hyperbel- ähnliche Bewegungen nach der Kathode hin und von dieser weg, etwa wie es die Kurve b'andeutet.
Läuft ein Elektron in diesem Falle an der Kathode vorbei, so folgt es einem durch die gestrichelte Kurve b im unteren Teil der Fig. 2 dargestellten Potentialverlauf. Dies bedeutet aber, dass es, wenn es von der Umkehrfläche 4 kommt und durch die Gitterlücken getreten ist, den Raum innerhalb der Gitterspirale mit nahezu konstanter Geschwindigkeit durchläuft. Es wird also innerhalb des Gitters nicht abgebremst, was zur Folge hat, dass es in kürzerer Zeit von einer Seite des Gitters zur andern gelangt als bei dem Beispiel der Fig. 1. Da auch hier entsprechende Laufzeitbedingungen bestehen, ist es also möglich, mit geringeren Spannungen die gleichen Wellen oder mit den gleichen Spannungen kürzere Wellen zu erzeugen.
In Fig. 3 und 4 sind beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemässen Sende-bzw.
Empfangsanordnungen mit geschlossenen und offenen Spiralenkreisen gezeichnet. In Fig. 3 ist mit
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schliessende Bügel 5 ist in erster Linie zur Erhöhung der Festigkeit aus stärkerem Material als der Spiralenkreis hergestellt. Der Bügel kann sowohl aus Isolationsmaterial als auch aus Metall bestehen. Zweckmässig wird der dünne Draht des Kreises auf dem Haltebügel entlanggeführt und an der Stelle des Spannungslrnotens in der Mitte des Bügels mit der Gleichstromzuführung 6 verbunden. Es ist vorteilhaft, besonders zur Erzielung einer bestimmten Oberwelle mehrere der auftretenden Knotenstellen der Schwingung mit Zuleitungen zu versehen.
Wird statt der Hilfselektrode 3 ein zur Kathode 1 nahezu paralleles Hilfsmagnetfeld vorgesehen, so kann der Spiralkreis ebenfalls sehr günstig in Grund-und Obersehwingungen zur Erregung gebracht werden.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsform mit offenem Spiralenkreis gezeichnet. Zur Festigung der Gitterspirale dient das mit der Zuleitung 9 verbundene Isolierstück 8 bzw. der dielektrische Bügel 10. Sind die linearen Leiterstücke aus dem Glaskolben herausgeführt, so ist es möglich, eine beliebige Zahl dieser Röhren parallel oder hintereinanderzusehalten (Fig. 5).
Da infolge des kleinen Formfaktors die Spirale dünn und lang wird, sind deren Festigkeitverhältnisse gefährdet. Es bedeutet daher eine notwendige Massnahme, durch metallische oder dielektrische Stützen die Festigkeit der Drahtspirale zu erhöhen. Da auch dielektrische Bügel infolge der nicht unbe-
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verteilung auf dem Schwingungskreis wichtig.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zum Senden und Empfangen von ultralurzen Wellen mittels Elektronenröllre mit Zwei-, Drei-und Mehrelektroden in Magnetron-bzw. Bremsfeldschaltung, die eine offene oder eine an ihren Enden durch einen Bügel kurzgeschlossene Drahtspirale als positive Spannungselektrode enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Höhe des Spiralenzylinders zu dem Durchmesser dieses Zylinders so gross gewählt ist, dass das Verhältnis der Länge der erzeugten Wellen zur Länge des gestreckten Drahtes, der sogenannte Formfaktor der Drahtspirale, kleiner als 1 wird.