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Einrichtung zur Schwingungserzeugung mittels Hochvakuumröhren in Bremsfeldsehaltung.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Schwingungserzeugung mittels Hochvakuumröhren in Bremsfeldschaltung.
Bei der Entwicklung von leistungsfähigen Senderöhren für sehr kurze Wellen sind bekanntlich erhebliche Schwierigkeiten zu überwinden. Der Wirkungsgrad der bisher verwendeten Röhren ist äusserst schlecht, ganz besonders, wenn man die Wellenlänge der Schwingungen soweit verkleinert, dass die Laufzeiten der Elektronen in der Röhre eine Rolle spielen. Man kann die Laufzeiten der Elektronen verkürzen durch Erhöhen der Elektronengeschwindigkeit, z. B. durch hohes positives Gitterpotential. Dabei nimmt man aber bei der üblichen Bauart eine hohe Verlustleistung in Kauf, denn es fliesst ein grosser Elektronenstrom unmittelbar von der Kathode zum Gitter.
Man hat, um die notwendigen Spannungen herabzusetzen, vorgeschlagen, vor der Kathode ein Raumladungsgitter anzubringen, welches so ausgebildet ist, dass das auf hohem positiven Potential befindliche Gitter im Elektronenschatten liegt. Dieses Raumladegitter liegt an einer konstanten Gleichspannung und es wird ihm auch kein Wechselpotential zugeführt. Weiter ist bekannt, eine Viertelelektrodenröhre zu verwenden, bei der beide Gitter positive Potentiale gegenüber den andern Elektroden haben und jedes Gitter mit einer oder mehreren Elektroden durch je ein schwingungsfähiges System verbunden ist.
Es ist dann auch eine Bremsfeldschaltung vorgeschlagen worden, bei der eine Vierelektrodenröhre verwendet ist und bei der dem Hilfssteuergitter eine gegenüber der Bremselektroden-Wechsel- spannung um etwa 1800 phasenverschobene Wechselspannung aufgedrÜckt wird.
Alle diese Verbesserungen führten jedoch nicht zu dem gewünschten Erfolg, da der Wirkungsgrad solcher Anordnungen verhältnismässig gering ist. Eine der Grössenordnung nach wesentlich bessere Ausnutzung der Energie erreicht man bei der vorliegenden Erfindung.
Gemäss der Erfindung werden bei einer Einrichtung zur Schwingungserzeugung mittels Hochvakuumröhren in Bremsfeldschaltung, bei denen zwischen Kathode und positivem Gitter ein Abschirm- gitter (Hilfssteuergitter) mit geeigneter Vorspannung angeordnet ist und bei der der Hochfrequenz bestimmende Kreis zwischen dem positiven Gitter und der Kathode liegt, dem Abschirmgitter (Hilfssteuergitter) Schwingungen zugeführt, die den Schwingungen des positiven Gitters annähernd phasengleich sind.
Das Wesen der Erfindung liegt, mit andern Worten ausgedrückt, in folgendem. Als Kathode wird nicht eine ständig Elektronen liefernde Kathode verwendet, sondern eine sogenannte virtuelle Kathode.
Diese virtuelle Kathode erreicht man dadurch, dass man eine ständig emittierende Elektronenquelle - also eine bekannte Glühkathode-benutzt und vor dieser Glühkathode eine zweite Elektrode (Hilfssteuergitter) anordnet und diesem Hilfssteuergitter in geeigneten Zeitmomenten solche Potentiale erteilt, dass es als Raumladungsgitter dient, aber so, dass von der Fläche dieses Hilfssteuergitters nur in gewünschten Zeitmomenten Elektronen in starkem Masse ausgehen. Die Steuerung des Hilfssteuergitters erfolgt dadurch, dass man durch entsprechende Schaltung einen Teil der Wechselspannung des positiven Gitters phasengleich dem Hilfssteuergitter zuführt.
Der Elektronen-Emissionsvorgang ist nicht so zu verstehen, dass in den Sperrzeiten keine Elektronen von der virtuellen Kathode ausgehen, es ist vielmehr ein periodisches An-und Abschwellen in Phase mit der Wechselspannung vorhanden.
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sprechend angeordnet, sondern auch geometrisch entsprechend durchgebildet sein : Die Streben des positiven Gitters müssen von den Heizfäden der Glühkathode aus gesehen in an sich bekannter Weise im Schatten der Streben des Hilfssteuergitters liegen. Dann wird der von der Kathode ausgehende Elektronenstrom zerteilt und in einzelne schmale'. Bündel aufgelöst, die an den Streben des positiven Gitters vorbeiströmen. Das Vorgitterwirkt also blendenartig. Die Elektronen fliegen daher mit grosser Geschwindig-
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Ferner muss der Durchgriff der Bescnleünigüngsspannung durch'das Hilfsste'uergitter hindurch mögliehst gross sein, damit die Elektronen höhe Geschwindigkeiten auf dem Wege zwischen Kathode und positivem Gitter erreichen und die Höhe der erforderlichen Beschleunigungsspannungen auf ein vernünftiges Mass begrenzt wild.
Ausser diesen bekannten Bedingungen, det-n bollwerkÅartigen Sehutz des positiven Gitters durch das Hilfssteuergitter und dem grossen Durchgriff der Beschleunigungsspannung durch das Hilfssteuergitter hindurch sind die sonst üblichen Bedingungen zu erfüllen, z. B. das Kleinhalten der Abstände und damit der Laufzeiten für die Elektronen. So werden die Glühdrähte der Kathode zweckmässig dicht vor die Gitterlücken gesetzt. Dies erfordert dann auch einen seitlichen Schutz der Streben des positiven Gitters durch die Streben des Hilfssteuergitters, also z. B. eine Art Dachform für diese.
Eine Schaltung, die besonders geeignet zur Erzeugung von Zentimeterwellen ist, wird durch die
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gitter mit G1 und die plattenförmige Elektrode : mit A bezeichnet. Die räumliche Anordnung und geometrische Ausbildung der Elektroden ist, wenn auch schematisch, mit dargestellt. Vor den einzelnen Streben des positiven Gitters von der Kathodenebene aus gesehen, liegen die einzelnen breiteren Streben des Hilfssteuergitters, die z. B. Winkelform besitzen, so dass sie die Streben des positiven Gitters umklammern. Die Glühfäden der Kathode liegen in den Lücken des HiIfssteuergitters, so dass alle Abstände klein werden. Das Hilfssteuergitter erhält, gegen die Kathode gerechnet, ein negatives Potential von beispielsweise 500 Volt, das positive Gitter ein positives Potential von z.
B. 4000 Volt und schliesslich die als Bremselektrode dienende Platte wieder ein negatives Potential, u. zw. in Höhe von etwa 1000 Volt. Die Elektronen fliegen unter der Einwirkung dieser statischen Felder von der Kathode durch die Lücken des Hilfssteuergitters G1 und die Lücken des positiven Gitters G2 hindurch in den Raum zwischen positivem Gitter G2 und Bremselektrode A hinein. In diesem Raum laufen sie infolge der starken negativen Ladung der Bremselektrode gegen ein starkes Feld an. Die Geschwindigkeit der Elektronen wird auf Null abgebremst, sobald sie die Potentialnullfläche erreichen.
Diese ist mit der Platte A identisch, wenn diese das Potential Null gegen die Kathode besitzt und rückt näher an das positive Gitter O2 heran, wenn das Potential der Platte, wie in dem Ausführungsbeispiel angenommen wird, negativ ist. Sobald die Elektronen die Geschwindigkeit Null erreicht haben, kehrt sich unter dem Einfluss der positiven Spannung am positiven Gitter G2 ihre Bewegungsrichtung um, sie fliegen auf die Streben dieses Gitters zu, um auf sie (im einfachsten Falle) mit voller Geschwindigkeit aufzutreffen.
Als Schwingungssysteme werden zweckmässig Paralleldrahtleitungen verwendet, von denen das eine Ende an die beiden infragekommenden Elektroden der Röhre angeschlossen wird, und das andere Ende durch je einen zur Abstimmung auf den Paralleldrähten verschiebbaren Blockkondensator überbrückt wird. In der Zeichnung sind diese Paralleldrahtleitungen mit L1L1 und L2L2 bezeichnet, sie dienen überdies zur Abnahme des Nutzstromes. Die Gleichstromanschlüsse liegen über Drosseln Dr an den Blockkondensatoren. Auch die übrigen Anschlüsse zur Kathode und zur Bremselektrode erfolgen in bekannter Weise über Drosseln.
Die einmal angestossene, den Elektrodengleichspannungen überlagerte Weehsel-EMK steuert nun ihrerseits den Elektronenstrom. Die beiden durch die Paralleldrahtleitungen als Hauptteil gebildeten Schwingungssysteme. sind durch die gemeinsame Innenkapazit, ät der Röhre zwischen Kathode und Hilfssteuergitter G1 gekoppelt. Über diese Kapazität ist das Paralleldrahtsystem L1L1 geschlossen. Das andere System L2L2 liegt an der Reihenschaltung von zwei Kapazitäten, nämlich der einen eben genannten zwischen Kathode und Hilfssteuergitter, und der andern zwischen Hilfssteuergitter 01 und positivem Gitter O2, so dass das System L1L1 an einem Teil der Kapazität angekoppelt ist.
Die Wechselspannungen zwischen positivem Gitter und Kathode und zwischen Hilfssteuergitter und Kathode sind in Phase.
Eine Erklärung des Schwingungsvorganges ist folgende. In der positiven Phase der beiden Gitterwechselspannungen werden die durch das starke Feld schnell auf grosse Geschwindigkeit gebraehten Elektronen in der schon beschriebenen Weise durch die Lücken in den Raum zwischen dem positiven Gitter O2 und Bremselektrode. A hineingetrieben und hier auf die Geschwindigkeit Null abgebremst.
In der negativen Phase der beiden Gitterwechselspannungen kehren einerseits die Elektronen im Bremsraum ihre Bewegung um und treffen auf die Streben des positiven Gitters G2, das hier als Anode wirkt ; anderseits wird, da ja, wie erwähnt, auch die Wechselspannung am Hilfssteuergitter durch die negative Phase geht, der Elektronenstrom von der Kathode durch die Gitterlücken in Richtung auf die Bremselektrode stark geschwächt, so dass ein Zusammentreffen von neuen Elektronen mit der vom Brems-
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feld nach dem positiven Gitter zurücklaufenden Elektronenwolke vermieden ist.
Der für eine Schwingungs- erzeugung erforderliche negative Widerstand der Röhre kommt dadurch zustande, dass die Elektronen in der positiven Phase der Wechselspannung am positiven Gitter vorbeifliegen und erst nach der Ab- bremsung und Umkehr als Anodenstrom auf das Gitter auftreffen, wenn die Wechselspannung an ihm gerade durch die negative Phase geht.
Die beschriebene Schaltung ist selbstverständlich auch bei zylinderförmiger Anordnung der Elektroden, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, zu verwenden.
Es ist auch möglich, das Paralleldrahtsystem einerseits an Bremselektrode und positivem Gitter und anderseits an Bremselektrode und Hilfssteuergitter anzuschliessen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Schwingungserzeugung mittels Hochvakuumröhren in Bremsfeldschaltung, bei denen zwischen Kathode und positivem Gitter ein Abschirmgitter mit geeigneter Vorspannung angeordnet ist und bei der der Hochfrequenz bestimmende Kreis zwischen dem positiven Gitter und der Kathode liegt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abschirmgitter (Hilfssteuergitter) Schwingungen zugeführt werden, die den Schwingungen des positiven Gitters annähernd phasengleich sind.