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Verfahren zur Erzeugung von elektrischen Schwingungen, vorzugsweise von sehr hoher Frequenz.
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elektrode 14, anderseits über einen Widerstand 30 an die Kathode geführt ist. Die Beschleunigungs- elektrode 6 liegt unmittelbar am positiven Pol der Spannungsquelle 27.
In Fig. 2 sind die verschiedenen Phasen, die der Kathodenstrahl nacheinander einnimmt, sehe- matisch dargestellt. Die Bezugszeichen entsprechen denen der Fig. 1. Es sei die Schaltung der Fig. 3 zugrunde gelegt. Die Elektroden mögen an Spannung liegen. Die Anoden 9 a und 9 b befinden sich zunächst auf dem gleichen positiven Potential. In der Phase A läuft der Strahl zunächst axial durch die Mitte der Öffnung 11. Die Stromverteilung auf die beiden Anoden 9 a und 9 b wird jedoch nicht genau symmetrisch sein, so dass sich eine der beiden Platten, beispielsweise die Platte 9 b, auf ein nega- tives Potential gegenüber der Platte 9 a auflädt, da mehr Elektronen auf sie fallen. Die Stirnflächen 10 wirken dann als Ablenkplatten.
Infolgedessen wird der Strahl zwischen beiden Platten in Richtung auf die Platte 9 a abgebogen (Phase B). Nach Ablauf einer kurzen Zeit, die der Laufzeit der Elektronen im Raum zwischen den Anoden und der Elektrode 14 entspricht, wird also die Platte 9 a einen grösseren
Strom erhalten als die Platte 9 b. Dies hat zur Folge, dass sie nunmehr gegen die Platte 9 b stark negativ wird, so dass der Strahl in Richtung auf die Platte 9 b zurückpendelt. Die Elektronen fallen jedoch zunächst immer noch auf die Platte 9 a (Phase C). Wenn diese jedoch auf ihren Höchstwert aufgeladen ist, erreicht die Auslenkung des Strahls ein Maximum und die zurückkehrende Elektronen fallen bei richtiger Einstellung der Anordnung nunmehr auf die Elektrode 9 b (Phase D).
Diese lädt sich nunmehr negativ auf, bewirkt eine Ablenkung in Richtung auf die Platte 9 a, wie es in der Phase E dargestellt ist. Endlich kehrt der Strahl in die bei F dargestellte Lage zurüek und der Vorgang wieder- holt sich von vorn.
Die Platten 9 a und 9 b sind an einen Schwingungskreis angeschlossen, so dass in diesem unge- dämpfte Schwingungen auftreten. Um eine möglichst hohe Leistung zu erzielen, muss die Laufzeit der Elektronen so eingestellt werden, dass die Elektronen immer noch auf die eine Platte fallen, während der Strahl in Richtung auf die andere verschoben wird.
Das Potential der Gegenelektrode 14 wird so gewählt, dass der Strahl diese Elektrode nicht ganz erreichen kann. Die Länge des von den Elektronen durchlaufenen Weges ist einmal durch die
Spannung an dieser Elektrode, zum andern durch den Abstand zwischen ihr und den Anoden bestimmt.
Diese Länge und die Geschwindigkeit der Elektronen werden so gewählt, dass die Laufzeit gleich zi/, usw. der Periode des Sehwingungserzeugers ist.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 pendelt der in Richtung auf die Anoden zurückkehrende Strahl über den Schlitz 11 hinweg und die Elektronen vermischen sieh dort mit den von der Kathode her- rührenden Elektronen. Infolgedessen wird eine momentane Stromlüeke im Ausgang auftreten, da einige Elektronen wieder rückwärts durch den Schlitz fallen. Dies kann vermieden werden, indem man die Anodenplatten übereinandergreifen lässt und den Strahl so lenkt, dass das zurückkehrende Elektronen- bündel ausserhalb eines exzentrischen Schlitzes über die Anoden streicht. In diesem Fall treten keine
Verluste durch die zurückkehrenden Elektronen ein. Die Kathode und die Beschleunigungselektrode werden dann zweckmässig etwas seitlich in der Röhre angeordnet und der Strahl wird durch eine Fokussierelektrode in der gewünschten Weise gerichtet.
Das Ablenksystem wirkt auch auf den zurückkehrenden Strahl. Dieser Einfluss ist jedoch gering,
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der Kathode und der Besehleunigungselektrode, vorausgesetzt, dass die Gegenelektrode 14 nur wenig negativ in bezug auf die Kathode ist. Ist jedoch die Gegenelektrode 14 als grosse ebene Platte ausgebildet und an ein gegen die Kathode stark negatives Potential angeschlossen, so wird sich die Frequenz in entgegengesetztem Sinne ändern. Mittels der Gegenelektrode 14kann jedoch auch ein solches Feld erzeugt werden, dass die rÜc1. -treibende Kraft dem Abstand von der Beschleunigungselektrode direkt proportional ist. Ein solches Feld kann durch die dargestellte schmale Elektrodenform gut angenähert werden.
Das Potential zwischen der Elektrode 14 und der Kathode wird mittels eines Widerstandes 30 so eingestellt, dass ein möglichst günstiger Ausgleich erfolgt.
Es liegen in diesem Fall ähnliche Verhältnisse vor wie bei einer elastischen Schwingung, bei der die rücktreibende Kraft der Auslenkung proportional ist, während die Frequenz unabhängig von der Amplitude ist. Infolgedessen würde die Schwingungsfrequenz unabhängig von der Spannung sein.
Diese Bedingung braucht jedoch nicht streng erfüllt zu sein, wenn die Frequenz nur über einen gewissen Bereich spannungsunabhängig sein soll. Es empfiehlt sich, die Felder und Spannungen in der Röhre so zu wählen, dass die Frequenz bei Spannungsschwankungen, wie sie bei Speisung aus einem Umformer auftreten, unverändert bleibt. Bei richtiger Bemessung der Konstanten des Sehwingungskreises, der Röhrendimensionen und der Betriebsspannungen sind diese Schwankungen unschädlich. Eine gewisse Kompensation von Spannungsschwankungen kann ferner erreicht werden, wenn das Potential der Anoden mit dem der Gegenelektrode 14 verkoppelt wird.
Es wäre natürlich eine Konstruktion denkbar, bei der der Strahl eine lange Röhre durchläuft und am Ende auf die Sammelanoden trifft. In dem Fall müssten Verbindungsleiter zu den nahe der Elektronenquelle gelegenen Ablenkplatten führen, damit die Ablenkung durch das Potential der Anoden gesteuert wird. Diese Leitungen würden jedoch das Schwingen des Systems in einer den sogenannten
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Ultrakurzwellen entsprechenden Frequenz unmöglich machen. Aus diesem Grunde müssen Ablenk- platten und Anoden etwa in der gleichen Ebene liegen, also zweckmässig miteinander identisch sein.
Die Anoden 9 a und 9 b können unmittelbar an einen Dipolstrahler angeschlossen werden, dessen
Grösse für die ausgesandte Wellenlänge wesentlich ist. Durch Anordnung eines Steuergitter innerhalb der Röhre kann in der gleichen Anordnung eine Modulation auf die Schwingung aufgedrückt werden.
Zur Konstanthaltung der Spannung der Elektrode 14, auf die es besonders ankommt, können bekannte Mittel verwendet werden. Diese Aufgabe ist verhältnismässig leicht zu lösen, da diese Elektrode keinen Strom führt. Die erzeugte Frequenz kann auch mit geeigneten Mitteln synchronisiert werden, wobei man zweckmässig die Spannung der Elektrode 14 zur Frequenzkontrolle benutzt.
Ein Zahlenbeispiel sei angeführt. Die Anodenspannung möge 3000 Volt betragen und die mittlere Geschwindigkeit der Elektronen 1'63. 109 em/see. Bei einer Frequenz von 66 Megahertz beträgt die Laufzeit 1/1'32. 108. Der gesamte Weg der Elektronen beträgt dann 12-4 cm, die einfache Länge also 6'2 cm. Hieraus folgt, dass die Röhre durchaus handliche Dimensionen besitzt.
Es kann auch mit den Oberschwingungen der Grundfrequenz gearbeitet werden, jedoch ist man hiebei an die Benutzung der niedrigeren Harmonischen gebunden, wenn nicht ein äusserst geringer
Abstand zwischen Beschleunigungselektrode und Ablenksystem eingehalten werden kann. Je kleiner dieser gewählt wird, um so höhere Harmonische können benutzt werden. Die Röhre sollte jedoch nicht übermässig klein gebaut werden, da die Frequenz bis zu einem gewissen Grade von der Geschwindig- keit zwischen den Ablenkplatten abhängt und die Ablenkempfindlichkeit mit der Gesamtlaufzeit der Elektronen ansteigt. Die praktisch gebauten Röhren arbeiteten befriedigend innerhalb eines Fre- quenzbereiches von 30 bis 200 Megahertz.
Die Röhre kann auch zur Erzeugung viel niedrigerer Frequenzen benutzt werden. Es wird dann zweckmässig oberhalb der Anoden ein Gitter vorgesehen, welches sich auf einem Zwischenpotential zwischen dem der Anoden und dem der Kathode befindet. Infolgedessen durchlaufen die Elektronen ihre Bahn mit weit geringerer Geschwindigkeit, so dass die Laufzeit stark ansteigt. In diesem Fall wird zugleich die Ablenkempfindlichkeit grösser. Auf die Weise können Frequenzen bis zu 10 Megahertz herab erzeugt werden.
Die obere Grenze bei der Erzeugung hoher Frequenzen ist durch die immer geringer werdende Ablenkempfindlichkeit bei kurzer Bahnlänge gegeben, die Grenze bei der Erzeugung kleiner Frequenzen dagegen durch die erforderlich werdenden langen Röhren. Eine Erhöhung der Frequenz kann durch Verzicht auf einen guten Wirkungsgrad erreicht werden, wobei dann die Hauptenergie für die Ablenkung benötigt wird. Es können dann extrem hohe Frequenzen von kleiner Amplitude erzeugt werden, die nachträglich verstärkt werden.
Die Vorzüge der Erfindung bestehen in der Einfachheit und dem guten Wirkungsgrad der Anordnung. Der Oszillator schwingt leicht an und ist den sonst sehr störenden Frequenzschwankungen nicht unterworfen. Er eignet sich ebenso für den unmittelbaren Anschluss an einen Dipol wie für ein Arbeiten weit von der Energiequelle entfernt, wie z. B. auf Masten. Für äusserst hohe Frequenzen wird die Röhre zweckmässig ziemlich weit gebaut, wodurch eine einwandfreie Konstruktion erleichtert wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von elektrischen Schwingungen, vorzugsweise von sehr hoher Frequenz, mittels einer Elektronenstrahlröhre, in der die Elektronen während ihrer Bewegung ihre Richtung umkehren, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl nach dem Durchlaufen eines Ablenksystems zurückgebogen und über zwei etwa in Höhe des Ablenksystems befindliche Anoden hin-und hergelenkt wird.