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Verfahren und Vorrielhtung zur Erzeugung kmrzer Wellen.
Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zur Erzeugung elektromagnetischer Kurzwellen und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zum Gegenstand.
Zur Erzeugung ungedämpfter elektromagnetischer Kurzwellen bedient man sich bekanntlich entweder der bei langen Wellen üblichen Rückkopplungsmethode oder irgendeiner Anordnung mit schwingenden Elektronen, z. B. nach Barkhausen und Kurz. oder einer Anordnung mit rotierenden Elektronen, wie des Magnetrons.
Der vorliegenden Erfindung liegt ein ganz neues Generatorprinzip zugrunde, das weder mit Rückkopplung noch mit schwingenden oder rotierenden Elektronen arbeitet.
Zum Verständnis der Erfindung soll zunächst auf einige Grundbegriffe eingegangen werden.
Ein Faradaykäfig ist ein metallischer Hohlkörper. Er hat die Eigenschaft, dass eine elektrische Ladung, die sich in seinem Inneren befindet, sich nach aussen so verhält, als wäre sie auf dem Metall befindlich. Ein im Hohlraum des Faradaykäfigs befindliches Elektron ist demnach nach aussen hin gleichbedeutend mit einem Elektron, das auf das Metall selbst aufgetroffen ist.
Ausserdem wird als bekannt vorausgeschickt, dass ein fliegendes Elektron, das sich einem Leiter nähert oder sich von ihm entfernt ; einen elektrischen Strom, von diesem Leiter weg oder auf ihn zu. darstellt.
Unter Berücksichtigung der im vorstehenden gegebenen Grundbegriffe soll nun im folgenden an Hand der Fig. 1 die Erfindung erläutert werden, wobei ausdrücklich darauf hingewiesen werden soll, dass die Fig. l lediglich zur Klarstellung des Prinzips der vorliegenden Erfindung dienen soll.
Ein Elektron 1 bewegt sieh auf der punktierte Bahn durch einen Faradaykäfig ' ?. Auf seinem Wege bis 3 stellt es einen negativen Strom auf den Faradaykäfig dar. Ist das Elektron bei 3 angelangt,
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bewegt, lässt sieh von aussen nichts beobachten. Es ist so, als sei das Elektron bei. 3 auf das Metall des Käfigs aufgetroffen. Erst wenn das Elektron bei 4 den Faradaykäfig wieder verlässt, setzt plötzlich ein Strom mit umgekehrter Richtung ein, da sich nun das Elektron wieder entfernt.
Das Wichtigste an dieser ganzen Betrachtung ist die Zeit, während der sich das Elektron im Käfig bewegt. Sie soll künftighin kurz ,,Verweilzeit" genannt werden. Die Länge der Verweilzeit ist proportional der Strecke 3, 4 und umgekehrt proportional der Elektronengesehwindigkeit. Bei fest gegebener Strecke 3, 4ist die Verweilzeit nur von der Elektronengeschwindigkeit abhängig. Macht man den Faraday-
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gegenüber der Kathode, so werden sehr langsame Elektronen ihn durchfliegen, und die Verweilzeit wird sehr lange sein. Bringt man an den Faradaykäfig eine sehr rasch wechselnde Spannung in Form einer sehr hochfrequenten Schwingung, so ist für die Verweilzeit die Spannung massgebend, auf der sich der Faradaykäfig im Augenblick des Elektroneneintritts befindet.
Während diese Verweilzeit verstreicht, ändert sich das Potential des Faradaykäfigs, so dass er sich beim Elektronenaustritt auf einer andern Spannung befindet.
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Die wichtigste Schlussfolgerung aus vorstehenden Erwägungen ist folgende : Elektronen, die in der negativen Halbperiode in den Faradaykäfig eindringen, sind langsam und werden ihn zum grossen Teil erst in der nachfolgenden positiven Halbperiode verlassen. Elektronen, die in der positiven Halbperiode in den Faradaykäfig eindringen. sind schnell und werden ihn zum grossen Teil noch in derselben positiven Halbperiode verlassen. Betrachtet man hienach die Elektronenbilanz des Faradaykäfigs, so kommt man zu folgendem Resultat : In der negativen Halbperiode überwiegt die Elektronenzufuhr. in der positiven Halbperiode überwiegt die Elektronenabgabe. Es wird aber ein negativer Körper durch Elektronenzufuhr noch negativer, ein positiver Körper durch Elektronenabgabe noch positiver.
Es wird demnach die an den Faradaykäfig angelegte Hoehfrequenzwechselspannung von den Elektronen unterstützt. Die Elektronen geben Energie an die Hoehfrequenzschwingung ab und werden die Schwingung
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wähnte, von aussen zugeführte Wechselspannung nicht nötig, sondern die Schwingungen setzten, wie bei allen Generatoren, von selbst ein. Lediglieh zwecks besserem Verständnis der vorliegenden Erfindung wurde das Vorhandensein einer Wechselspannung angenommen.
Auf Grund der im vorstehenden gegebenen Erläuterungen ergibt sich, dass erfindungsgemäss zur Erzeugung kurzer elektromagnetischer Wellen in Elektronenröhren als elektrisch schwingende Elektroden metallische Hohlkörper, die durch sie hindurchfliegenden Elektronen zum Schwingen angeregt werden, verwendet werden.
Im folgenden sollen noch Einzelheiten beschrieben werden, die sich bei der praktischen Ausführung des Verfahrens als vorteilhaft erweisen.
Bei der Erzeugung sehr kurzer Wellen muss das Heranfliegen der Elektronen zu dem metallischen Hohlkörper und das Wegfliegen der Elektronen von diesem sehr rasch erfolgen. Dies erreicht man durch Anordnung eines stark positiven Gitters (Beschleunigungselektrode) zwischen Kathode und metallischem Hohlkörper oder zwischen Hohlkörper und Anode oder durch Anordnung des positiven Gitters um den Hohlkörper herum.
Es ist vorteilhaft, durch Anordnung einer die Kathode in Art eines Wehneltzylinders umgebenden negativen Elektrode den Strom der Elektronen zu bündeln. Dadurch lassen sich kleinere metallische Hohlkörper verwenden, und die Kapazität derselben wird klein.
Die erwähnte negative Elektrode oder ein Steuergitter lassen sich zur Steuerung des Elektronen-
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modulieren.
Es lässt sich auch in einer einzigen Elektronenröhre ein Doppelsystem anordnen mit zwei einander gegenüberliegenden Hohlkörpern. An diese Hohlkörper können Lecherdrähte oder ein anderer Schein- gungskreis angeschlossen sein.
Die Elektronen, die den metallischen Hohlkörper durchdrungen haben, besitzen verschiedenerlei Geschwindigkeit. Eine Anzahl passiert den Hohlkörper praktisch ohne Verluste, ein grosser Teil von ihnen verliert an Geschwindigkeit. Macht man daher die Anode der Elektronenröhre stark positiv, so werden alle Elektronen sie erreichen. Jedoch werden sie die Anode stark erwärmen, so dass man eine grosse Verlustleistung in der Röhre bekommt. Macht man dagegen die Anode nur wenig positiver als die Kathode, so wird die entwickelte Wärme sehr gering. Indessen werden hiebei die Elektronen mit geringerer Geschwindigkeit die Anode nicht erreichen, sondern auf die die metallischen.
Hohlkörper
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Als gewisser Nachteil hat sieh bei dem im vorstehenden beschriebenen Verfahren die durch das Aufprallen sehr schneller Elektronen auf die Hohlkörper, die positiven Gitter und die Anodenbleche im Innern der Röhre verursachte Wärmeentwicklung erwiesen. Zur Vermeidung dieses Nachteils wird vorgeschlagen, die als elektrisch schwingenden Elektronen dienenden metallischen Hohlkörper mit Öffnungen zu versehen, die dem Querschnitt der Elektronenstrahlen entsprechen. Diese Öffnungen erleichtern den Ein-und Austritt der gerichteten und gebündelten Elektronenstrahlen und entsprechen in ihrer Form dem Querschnitt der schmalen, stark gebündelten Elektronenstrahlen, die beispielsweise einen spalt-oder punktförmigen Querschnitt haben können.
Auch die stark positiven Gitter (Besehleuni- gungselektroden) werden zweckmässig teilweise oder ganz durch Elektroden ersetzt, die zum Durchtritt der Elektronen ebenfalls Öffnungen, die dem Querschnitt der Elektronenstrahlen entsprechen, aufweisen.
Durch die Anordnung von Öffnungen an den metallischen Hohlkörpern und den positiven Gittern wird erreicht, dass fast keine Elektronen auf deren Metallteile auftreffen.
Zwecks Konzentrierung der Elektronenstrahlen und zur Verkleinerung der Kapazität zwischen den Beschleunigungselektroden und den metallischen Hohlkörpern empfiehlt es sich,, die Öffnungen
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der metallischen Hohlkörper und (oder) der Beschleunigungselektroden mit Ansätzen zu versehen. Diese Ansätze können z. B. die Form von Trichtern besitzen, die entweder senkrecht oder schräg auf den betreffenden Öffnungen angebracht sind.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens hat es sich als besonders zweckmässig erwiesen, als Abbremsungs-bzw. Auffangelektroden (Anoden) mehrere parallele, voneinander isolierte Metallplatten, die in der Richtung der Elektronenstrahlen angeordnet sind und ebenfalls dem Querschnitt der Elektronenstrahlen entsprechende Öffnungen besitzen, zu verwenden. Die Platten werden dabei
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auf das Metall auftreffen. Je mehr Platten man verwendet, desto geringer wird die durch den Elektronenaufprall verursachte gesamte Wärmeentwicklung.
Bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens ist es vorteilhaft, zur Erzielung schmaler
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zu verwenden. Auf diese Weise wird nämlich eine gewisse lonenraumladung erzeugt, welche die durch die Elektronen bedingte Raumladung kompensiert bzw. überkompensiert.
Im folgenden soll an Hand von einigen Abbildungen das Wesen der vorliegenden Erfindung erläutert werden, ohne dass dadurch eine Beschränkung auf die in den Abbildungen gezeigten konkreten Ausführungsformen beabsichtigt ist. Es ist selbstverständlich, dass der Fachmann, ohne von dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen, andere. Ausführungsformen finden kann.
Die Fig. 2,3 und 4 stellen Querschnitte von erfindungsgemässen Vorrichtungen in schematischer Darstellung dar. Die Fig. 5 stellt den Aufriss der in Fig. 4 gezeigten Anordnung dar. Die Fig. 6,7 und 8 zeigen in schematischer Darstellung die metallischen Hohlkörper und die Beschleunigungselektroden im Querschnitt. Die Fig. 9 zeigt eine Gesamtelektrodenanordnung in schematischer Darstellung.
In Fig. 2 und 3 ist die Kathode 5 von der negativen Elektrode 8 umgeben, die die von der Kathode emittierten Elektronen bündelt und richtet. Die Elektronen erfahren durch die positiven Gitter 7 (Beschleunigungselektroden) eine besonders hohe Geschwindigkeit und fliegen quer durch die metallischen Hohlkörper 2 hindurch zu den Anoden 6, wobei sie die metallischen Hohlkörper zu Schwingungen anregen.
In der Fig. 3 sind ausser den Anoden 6, die in diesem Fall schräg zur Elektronenstrahlrichtung gestellt sind, weitere zusätzliche Anoden 9 (Abbremsungs-und Auffangelektroden) angeordnet, die die langsamen Elektronen auffangen.
In der Fig. 4 ist gezeigt, wie die zusätzliche Anode 9 das ganze System in Form eines metallischen Mantels zylindrisch umgeben kann.
In Fig. 5 ist ausserdem der Anschluss der als schwingende Elektroden dienenden metallischen Hohlkörper an die Lecherdrähte 10 dargestellt.
In den Fig. 6,7, 8 und 9 sind verschiedene mögliche Ausführungsformen der metallischen Hohlkörper bzw. der Beschleunigungselektroden gezeigt, wobei die metallischen Hohlkörper mit 2 und die Beschleunigungselektroden mit 7 bezeichnet sind. In der Richtung der eingezeichneten Pfeile treten die gebündelten und gerichteten Elektronenstrahlen durch die Öffnungen 11 der metallischen Hohlkörper bzw. die Öffnungen J' der Beschleunigungeselektroden hindureh. Die metallischen Hohlkörper haben vorzugsweise zylinderförmige Gestalt, sie können aber auch, wie aus Fig. 2 und 4 ersichtlich, aus ebenen Platten zusammengesetzt sein.
Bei punktförmigem Querschnitt des Elektronenstrahlenbündels können sie in bezug auf die Elektronenstrahlriehtung rotationssymmetrische Gebilde sein. Die Ansätze der metallischen Hohlkörper sind mit 13 und die Ansätze der Beschleunigungselektroden mit 14 bezeichnet.
Die Ansätze können sowohl senkrecht als auch schräg auf den jeweiligen Öffnungen der Hohlkörper bzw.
Beschleunigungselektroden befestigt sein.
In Fig. 9 bedeutet 5 die elektronenemittierende Kathode, die von der negativen Elektrode 8, welche die Elektronenstrahlen bündelt und richtet, umgeben ist. Die Elektronen erfahren durch die
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durch die schräg stehenden Abbremsungs-bzw. Auffangelektroden 6. Die von den Elektronen zuerst passiert Platte ist stark positiv und jede weitere weniger positiv als die vorhergehende Platte. Die durch die Öffnungen der Platten fliegenden Elektronen werden allmählich abgebremst und kehren um. Die langsam eintretenden Elektronen kehren früher um, die schnellen Elektronen erst später. Nach ihrer Umkehr werden sie infolge der Schrägstellung der Platten seitlich abgelenkt und fallen auf die Rückseite der Platte, die sie gerade durchtreten haben. Der Weg der Elektronen ist durch die punktierten Linien angedeutet.
Es ist selbstverständlich, dass statt der Elektroden 5 und 8 zur Elektronenstrahlbildung auch Elektrodensysteme, ähnlich wie sie bei Röntgenröhren und Braunschen Röhren verwendet werden.
Anwendung finden können.
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