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Elektronenstrahlröhre.
Bei den üblichen thermionischen Entladungsröhren zur Erzeugung, Verstärkung, Gleichrichtung usw. von elektrischen Schwingungen wird die Steuerwirkung eines zwischen einer Kathode und einer Anode angeordneten Gitters auf den Elektronenstrom benutzt. Diese Steuerwirkung des Gitters nimmt bekanntlich bei zunehmender Frequenz der Schwingungen ab, was sich durch den bei zunehmender Frequenz grösser werdenden Einfluss der zwischen den Elektroden bestehenden Kapazitäten erklären lässt, die schliesslich einen Kurzschluss der Elektroden herbeiführen, und dadurch, dass bei sehr hohen Frequenzen die Periodendauer der Schwingung von der gleichen Grössenordnung oder kleiner als die Laufzeit der Elektronen von der Kathode zur Anode ist.
Der letztgenannte Übelstand macht sieh gleichfalls gelten, wenn zur Erzeugung, Verstärkung, Gleichrichtung usw. von elektrischen Schwingungen eine Elektronenstrahlröhre (Braunsche Röhre) verwendet wird, deren Elektronenbündel, unter dem Einfluss eines zwischen den Ablenkungsorganen auftretenden veränderlichen Feldes, eÌ1 e Hin-
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
In Fig. 1 ist eine Elektronenstrahlröhre 1 dargestellt, die eine Heizkathode. 3 und zwei Anoden 4 und 5 enthält. In der Nähe der Kathode ist ein Gitter 8 von geeigneter Gestalt angeordnet, an das mittels einer Spannungsquelle 9 eine positive Spannung in bezug auf die Kathode angelegt wird. Die
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tung des Bündels sind zwei parallele Ablenkungsplatten 6 und 7 angeordnet, die mit einer Hochfrequenzspannungsquelle verbunden sind, z. B. mit einer Antenne 12, die über Impedanzen 12a geerdet ist.
Die Oberflächen der Anoden 4 und 5 sind zweckmässig grösser als der Querschnitt des Elektronenbündels 11 ; die Anoden liegen nahe aneinander, so dass unter gewöhnlichen Verhältnissen das Bündel auf beide fällt. Die Anode 4 ist über Widerstände 17 und 18 und über einen Kondensator 15 mit dem Gitter 16 einer Verstärkerröhre 14a gekoppelt, während die Anode 5 über eine Leitung 13 mit der Kathode 14 dieser Röhre verbunden ist. In dem mit der Anode 21 verbundenen Kreis liegen ein Telephon 19 und eine Spannungsquelle 20.
Von der Antenne aufgefangene elektrische Schwingungen erzeugen zwischen den Platten 6 und 7 eine Weehselspannung, so dass das Bündel 11 zwischen den Anoden 4 und 5 hin und her zu sehwii : gen anfängt und in dem mit der erstgenannten Anode verbundenen Kreis einen gleichgerichteten Strom verursacht. Sind die in der Antenne empfangenen Hoehfrequenzsehwingungen, z. B. durch Nieder- frequenzsehwingungen, moduliert, so werden diese Niederfrequenzschwingungen von der Röhre 14a verstärkt und vom Telephon 17 wiedergegeben.
Wie in der Einleitung bemerkt wurde, nimmt die Empfindlichkeit der Elektronenstrahlröhre bei zunehmender Frequenz ab, was gemäss der Erfindung dadurch vermieden wird, dass die Geschwindigkeit, mit der sich die Wellen längs der Elektroden 6 und 7 fortpflanzen, der Geschwindigkeit der Strahlelektronen gleichgemacht wird. Eine vollkommene Gleichheit beider Geschwindigkeiten ist jedoch nicht erforderlich. Aus Fig. 2, in der das Verhältnis zwischen der Empfindlichkeit E und der zwischen der Kathode 3 und dem Gitter 8 angelegten Spannung V angegeben ist, ergibt sich, dass die Geschwindigkeit der Elektronen innerhalb eines ziemlich grossen Bereiches ohne starke Abnahme der Empfindlichkeit geändert werden kann. Die höchste Empfindlichkeit tritt bei gleicher Geschwindigkeit der sich längs der Elektroden 6 und 7 fortpflanzenden Wellen und der Strahlelektronen auf.
Das Maximum ist um so ausgeprägter, je grösser die in der Wellenlänge der an die Platten 6 und 7 angelegten Schwin-
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fortschreitende Wellen auftreten ; auch bei stehenden Wellen wird eine befriedigende Wirkung erhalten. Eine stehende Welle kann bekanntlich zerlegt werden in eine fortschreitende und eine zurücklaufende Welle. Die fortschreitende Welle hat die gleiche Geschwindigkeit und die gleiche Richtung wie die Elektronen des Kathodenstrahlbündels, so dass die Kraft, die auf ein Elektron während seines Durchganges durch den Ablenkraum ausgeübt wird, immer die gleiche Richtung besitzt und das Elektron also eine genügend grosse Ablenkung erfährt.
Die zurücklaufende Welle bewegt sich aber in eine der Bewegungsrichtung der Elektronen entgegengesetzte Richtung, so dass die Kraft, die auf ein Elektron
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liniger Leiter ist der Lichtgeschwindigkeit nahezu gleich. Es ist jedoch sehr schwierig, wenn nicht unmöglich, Elektronen eine derart hohe Geschwindigkeit zu erteilen, so dass notwendigerweise die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen an den Platten 6 und 7 entlang zu verringern ist. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen. Gemäss der einfachsten Lösung werden spulenartig gewickelte Leiter als Ablenkungsorgane verwendet, wobei die gesamte Länge der Leiter um viele Male grösser als die lineare Abmessung der Ablenkungsorgane in der Richtung des Elektronenbündels ist.
Es ist auch möglich, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen längs der Elektroden 6 und 7 in Fig. 1 dadurch herabzusetzen, dass sie mit einem magnetischen Stoff überzogen werden, was eine Erhöhung der Permeabilität des zwischen beiden Platten liegenden Mittels bewirkt. Diese Methode ist jedoch weniger empfehlenswert wegen der geringen Permeabilität und der hohen Hysterese-und Wirbelstromverluste der hiefür in Frage kommenden Materialien.
In Fig. 3 ist eine Elektronenstrahlröhre gemäss der Erfindung mit spulenförmigen Ablenkungselektroden dargestellt. Innerhalb einer entlüfteten zylindrischen Hülle 30 ist senkrecht zur Richtung der Achse eine geradlinige Kathode 31 angeordnet, die von zwei Federn 32 getragen wird, die gleichzeitig als Zuführungsleiter des Heizstromes dienen und an einem aus Glas bestehenden Rahmen 36 befestigt sind. Die Kathode ist innerhalb eines U-förmigen, vom Rahmen 36 getragenen Schirmes 35 angeordnet, der mittels eines Leiters 33 durch die Hülle 30 nach aussen geführt ist und während des Betriebes der Röhre eine negative Spannung in bezug auf die Kathode 31 erhält. Dieser Schirm dient zum Konzentrieren des Elektronenbündels.
In dem offenen Ende des Schirmes 35 ist eine halbzylindrische Elektrode 37 angeordnet, die an einem viereckigen Rahmen 38 befestigt ist und vom Rahmen 36 getragen wird. Eine gleichfalls am Rahmen 36 befestigte Elektrode 39 ist gleichachsig innerhalb der Elektrode 37 angeordnet. Die Elektroden 37 und 39, die auf der der Kathode zugekehrten Seite mit einem Gitter 40
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versehen sind, besitzen während des Betriebes eine positive Spannung in bezug auf die Kathode, so dass die von der Kathode ausgesandten Elektroden beschleunigt und zu einem Bündel von nahezu rechteckigem Querschnitt vereinigt werden.
Auf die mittleren dicken Teile des Rahmens J6 sind Leiter 42 und 43 gewickelt, welche die Ablenkungselektroden bilden. Die Enden der Wicklungen sind mit Einführungsleitungen 44, 45 bzw. 46 und 47 verbunden.
In dem der Kathode gegenüberliegenden Röhrenende sind zwei Anoden 48 und 49 angeordnet, die aus flachen Platten 50 und 51 bestehen, die im Winkel zu der Achse der Röhre stehen und an Platten 53
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verbunden sind. Zum Auffangen von von den Anoden 50 und 51 emittierten sekundären Elektronen sind die Anoden von Schirmen 57 und 58 rechteckiger Gestalt umgeben, die am Rahmen 36 befestigt und mit Einführungsleitungen 59 und 60 verbunden sind.
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Elektroden 42 und 43 sowie die Anoden 83 und 84 sind an geeigneten Stellen mit einem Lechersystem derart verbunden, dass Schwingungen erzeugt werden.
Es sind ausser den vorerwähnten Schaltungen noch eine grosse Anzahl von andern Schaltungen möglich. So kann z. B. in der in Fig. 4 dargestellten Schaltung eine Röhre der in Fig. 5 oder 7 dargestellten Art verwendet und eine Rückkopplung gemäss der in Fig. 7 dargestellten Schaltung zwischen Anodenkreis und Antennenkreis angebracht werden.
Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip kann auch an Kathodenstrahlröhren, wie sie zum Oszillographieren von elektrischen Schwingungen dienen, angewendet werden.
Die spulenförmigen Elektroden 42 und 43 können auch ausserhalb der Hülle angeordnet werden.
Dem Querschnitt dieser Spulen kann ferner eine beliebige andere, von der Kreisform abweichende Form gegeben werden.
Es kann unter bestimmten Umständen erwünscht sein, die Geschwindigkeit der Elektronen in Richtung der Röhrenachse und dementsprechend auch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit an den Ablenkungselektroden entlang zu ändern. Es können zu diesem Zweck Elektrodensysteme der in Fig. 8 oder 9 dargestellten Bauart Anwendung finden.
In Fig. 8 sind in einer Ebene parallel zum Elektronenbündel mehrere Leiter 106, 107, 108, 109 und 110 angeordnet, die durch Kondensatoren 111 miteinander verbunden sind. Das Ganze bildet die eine Ablenkungselektrode 105, während die andere, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, auf vollkommen entsprechende Weise zusammengesetzt und angeordnet ist.
Die Leiter werden auf die in Fig. 9 schematisch dargestellte Weise mit Punkten eines Spannungsteilers 11.'3 verbunden, die verschiedene Gleiehstrompotentiale besitzen, wobei die von der Kathode weiter entfernten Punkte mehr negativ sind. Die Elektronengesehwindigkeit nimmt unter diesen Umständen in der Richtung zur Anode ab. Um die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen der Elektronengeschwindigkeit anzupassen, werden die Abstände zwischen den aufeinanderfolgenden Leitern der Elektroden 105 und 106 progressiv verkleinert, wie in Fig. 8 angegeben ist. Die Gleichspannungen werden vorzugsweise in Spannungsknotenpunkten zugeführt.
Die in den Fig. 8 und 9 dargestellte Bauart und Schaltung der Ablenkungselektroden hat den Vorzug, dass eine bessere Konzentration des Elektronenbündels erhalten wird.
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umgeben ist, bildet das Ablenkungsorgan, an dem entlang elektromagnetische Wellen auftreten und das zu diesem Zweck mit den Leitern eines Lechersystems verbunden ist, das z. B. von einer Antenne gespeist wird. Durch eine zwischen den Elektroden 126 und 129 angelegte Gleichspannung wird das ringförmige Elektronenbündel konzentriert und auf die kreisförmige Schneidelinie zweier Anoden 124 und 125 gerichtet.
Die Dicke des ringförmigen Elektronenbündels ändert sich in Abhängigkeit von den dem Lechersystem und der Elektrode 126 aufgedrückten Schwingungen, wodurch in den mit den Anoden 124 und 125 verbundenen Kreisen ein veränderlicher Strom erzeugt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verstärkung, Erzeugung, Gleichrichtung usw. von elektrischen Schwingungen unter Verwendung einer Entladungsröhre, bei der die von einer Kathode ausgesandten Elektronen zu einem Bündel vereinigt werden und die Organe aufweist, die eine seitliche Ablenkung des Bündels verursachen und in den mit einer oder mehreren Anoden verbundenen Kreisen einen von der Ablenkung abhängigen Strom erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass sich die elektrischen Schwingungen als elektro- magnetische Wellen an den Ablenkungsorganen entlang fortpflanzen und dass die Fortpflanzunggeschwindigkeit der Wellen in der Richtung des Elektronenbündels der Bewegungsgeschwindigkeit
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