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Kathodenstrablröhre mit einem Elektrodensystem zur Erzeugung eines Elektronenbündels.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kathodenstrahlröhre mit einem Elektrodensystem zur
Erzeugung eines Elektronenbündels.
Die Erfindung besteht darin, dass am, dem Elektrodensystem gegenüberliegenden Röhrenende eine Hilfselektrode angeordnet wird, die in zwei oder mehr spiralförmig gekrümmte Teile geteilt ist, wobei die Projektion wenigstens des inneren Randes eines jeden Teiles in einer senkrecht zum Elek- tronenbündel stehenden Ebene die Form einer Archimedischen Spirale aufweist und sämtliche Spiralen von dem gleichen Punkt ausgehen.
Die Erfindung umfasst auch Schaltungen zur Verwendung dieser Kathodenstrahlröhre, ins- besondere eine Schaltung zur Phasen-oder Frequenzmodulation einer elektrischen Schwingung mittels einer solchen Röhre. Nach der Erfindung wird die in der Phase oder Frequenz zu modulierende
Schwingung den Ablenkmitteln einer erfindungsgemässen Kathodenstrahlröhre derart zugeführt, dass das Elektronenbündel an der Hilfselektrode in dieser Röhre eine kreisförmige Bahn beschreibt, deren Mittelpunkt mit dem Ausgangspunkt der erwähnten Spiralen zusammenfällt und deren Radius vom
Momentanwert der Modulation abhängig ist, wobei die in der Phase oder Frequenz modulierte Schein- gung einer zwischen nebeneinanderliegenden Teilen der Hilfselektrode angeordneten Impedanz entnommen wird.
Der durch Verwendung einer Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung zur Phasen-oder Frequenzmodulation einer elektrischen Schwingung erzielte Vorteil besteht darin, dass eine lineare Modulationscharakteristik erzielt wird, die mit den bisher bekannten Schaltungen zur Phasen-oder Frequenzmodulation einer Trägerwelle nicht erreicht werden konnte.
In den Zeichnungen ist die Erfindung durch Ausführungsbeispiele schematisch veranschaulicht und näher erläutert.
Die Fig. 1 und 2 stellen eine Kathodenstrahlröhre mit einer besonders ausgestalteten Hilfselektrode gemäss der Erfindung dar, welche zum Modulieren einer elektrischen Schwingung in der Phase oder Frequenz geschaltet ist. Fig. la zeigt eine andere Ausführungsform der Hilfselektrode ; Fig. 2a eine derart ausgebildete Hilfselektrode, dass die Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung zur Frequenzvervielfachung verwendet werden kann. In Fig. 3 ist die Schaltung für die Zufuhr der an den Ablenkmitteln der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kathodenstrahlröhre erforderlichen Spannungen schematisch dargestellt und in Fig. 3a eine Ausführungsform einer Phasenregeleinrichtung, welche bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltung zur Verwendung kommt.
Fig. 4 zeigt einige Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise der Kathodenstrahlröhre und der Schaltungen nach der Erfindung ; und in Fig. 5 ist ein vollständiges Schaltbild einer Sendeanordnung dargestellt, bei der zum Modulieren der auszusendenden Trägerwelle in Phase oder Frequenz eine Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung benutzt wird.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kathodenstrahlröhre 4 enthält ein Elektrodensystem, zwei Sätze elektrostatischer Ablenkmittel 6 und 8 und eine von dem durch das Elektrodensystem erzeugten Kathodenstrahlbündel getroffene Hilfselektrode 10. In Fig. 2 ist eine Ausführungsform dieser Hilfselektrode dargestellt, die aus zwei oder mehr Metallteilen oder-Segmenten 74, 76 besteht, von denen wenigstens der innere Rand spiralförmig gekrümmt ist. Die Segmente 14 und 16 können aus Metallplatten oder-gittern bestehen oder durch eine Metallbekleidung auf der inneren Oberfläche der Röhre
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oder auf einer Stützplatte in der Röhre gebildet sein. Der Innenrand eines jeden Segments 14 und 16 ist wie eine Archimedische Spirale, entsprechend der Gleichung r = a. 0, ausgebildet.
In dieser
Gleichung ist r der Leitstrahl, d. h. der radiale Abstand jedes Punktes des gekrümmten Randes der
Segmente 14 und 16 vom Mittelpunkt 0 der Hilfselektrode und 0 der Polarwinkel, d. h. der Winkel, den der Leitstrahl mit einer bestimmten Linie als Ausgal1gsachse bildet, während a eine Konstante ist, von der die Windungszahl der vom inneren Rande der Segmente 14, 16 gebildeten Spirale bei einem gegebenen Radius abhängt. Zweckmässig wird die Form des Randes eines jeden Segmentes, der neben dem spiralig gekrümmten Innenrand eines andern Segmentes liegt, gleichfalls durch eine solche Gleichung bestimmt.
Wenn die Entladungsröhre 4 zum Modulieren einer elektrischen Schwingung in der Phase oder
Frequenz verwendet wird, so wird das Kathodenstrahlbündel mittels der Ablenkmittel 6 und 8 derart abgelenkt, dass das Bündel an der Hilfselektrode 10 eine kreisförmige Bahn beschreibt, deren Radius vom Momentanwert der Modulation abhängig ist. Es kann dann einer zwischen die Segmente 14 und 16 der Hilfselektrode 10 geschalteten Impedanz Zn eine in der Phase oder Frequenz modulierte Schwingung entnommen werden.
Das Elektrodensystem einer Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung entspricht im wesent- lichen dem eines gewöhnliehen Oszillographen od. dgl. Die erforderlichen Spannungen werden von den Spannungsquellen 20'und 22'geliefert. Das Elektronenbündel wird an der Hilfselektrode 10 mittels der an die Elektroden des Elektrodensystems angelegten Spannungen möglichst scharf zu einem Punkt zusammengedrängt, u. zw. derart, dass, falls den Ablenkmitteln 6 und 8 keine Spannungen zugeführt werden, der geometrische Mittelpunkt 0 der Hilfselektrode 10 von dem Elektronenbündel getroffen wird. Zweckmässig sind die Ablenkmittel 6 und 8 unter einem Winkel von 900 in bezug auf- einander angeordnet ; in diesem Fall wird die in der Phase oder Frequenz zu modulierende Schwingung mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 90 den beiden Ablenkmitteln zugeführt.
Natürlich können die Ablenkmittel 6 und 8 auch einen andern Winkel miteinander einschliessen, in welchem Falle aber auch die Phasenverschiebung zwischen den ihnen zugeführten Spannungen eine andere als 900 sein wird. Es handelt sich nämlich ausschliesslich darum, das Elektronenbündel an der Hilfs- elektrode eine kreisförmige Bahn beschreiben zu lassen, um eine lineare Beziehung zwischen der Amplitude der Modulation und der Phase oder Frequenz der modulierten Schwingungen zu erhalten.
Nach der in Fig. 3 dargestellten Schaltung wird die in der Phase oder Frequenz zu modulierende Trägerwelle einem Modulator 20 zugeführt und durch von einer Spannungsquelle 21 stammende Niederfrequenzschwingungen in der Amplitude moduliert. Die Ausgangsenergie des Modulators 20 wird über einen Spannungsteiler P10 einer Phasenregeleinriehtung 22 zugeführt, in deren Ausgangskreis zwei in
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entsprechende Spannung auftreten ; der Übergang des Elektronenstroms von dem einen Segment der
Hilfselektrode zum andern erfolgt in den Punkten Pj und P'].
Wenn nun die beiden Ablenkspannungen mittels des Spannungsteilers Pjo um etwa 50% herabgesetzt werden und die weitere Einstellung ungeändert bleibt, so wird die Elektronenbahn an der Hilfselektrode 10 dem Kreis f in der Fig. 2 entsprechen ;
der Übergang des Elektronenstroms von dem einen Segment zum andern erfolgt in den
Punkten Pa und P'a, und die Spannung über die Impedanz Za wird der Kurve b in Fig. 4 entsprechen.
Wird der Spannungsteiler Pio derart eingestellt, dass eine um etwa 50% höhere Spannung als die dem
Kreis Ci entsprechende Spannung den Ablenkmitteln zugeführt wird, so wird eine dem Kreis C3 ent- sprechend Elektronenbahn bestrichen werden, und der Elektronenstrom wird von dem einen Segment zum andern an den Punkten P3 und P'3 übergehen, so dass die über Za auftretende Spannung der
Kurve c in Fig. 4 entspricht.
Wenn nun Plu au den ursprünglichen Wert zurückgebracht wird, wodurch die Elektronenbahn wieder dem Kreis ('1 entspricht, und die den Ablenkmitteln zugeführte Schwingung z. B. um etwa 50% in der Amplitude moduliert wird, so wird die Elektronenbahn an der Hilfselektrode zwischen den Grenzen c und 1'3 schwanken, während die Ausgangsspannung sich zwischen den durch die Kurven bund c in Fig. 4 angedeuteten Grenzen in der Phase verschiebt. Die Einstellung und die
Kontrolle der Schaltung können dadurch erleichtert werden, dass die Hilfselektrode mit einem bei
Elektronenbombardement fluoreszierenden Stoff überzogen wird.
Obwohl neben Phasen-oder Frequenzmodulation einer Trägerwelle auch Frequenzvervielfachung mit der beschriebenen Schaltung erzielt werden kann, wenn Za auf eine höhere Harmonische der Träger- welle abgestimmt ist, so wird zweckmässig, falls Frequenzvervielfachung erwünscht ist, eine Hilfs-
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deren Ränder mit denen der entsprechenden Segmente nach Fig. 2 übereinstimmen. Wenn zwei Segmentenpaare zur Verwendung kommen, können die Segmente derselben, wie in Fig. 2 a veranschaulicht ist, je über einen Leiter 110 bzw. 112 miteinander verbunden werden.
In der in Fig. 5 dargestellten vollständigen Sendeschaltung ist mit 40 ein kristallgesteuerter Oszillator bezeichnet, der Schwingungen mit einer gewünschten gleichbleibenden Frequenz erzeugt.
Die Ausgangselektroden des Oszillators werden über einen, eine Entladungsröhre 42 enthaltenden Verstärker, einen Kondensator 41 und einen Transformator dem Eingangskreis eines Verstärkers 44 zugeführt. In den Ausgangskreis des Verstärkers 44, der gegebenenfalls als Frequenzvervielfacher ausgebildet bzw. geschaltet sein kann, ist ein induktiv mit einem Schwingungskreis 55 gekoppelter Schwingungskreis 46 aufgenommen. Das eine Ende des Kreises 5, ist über einen Widerstand 53 geerdet und ausserdem unmittelbar mit einer der Ablenkplatten 6 verbunden ; das andere Ende desselben ist mit einer Phasenregeleinrichtung 58 verbunden, die aus der Parallelschaltung einer Induktanz 57, eines Kondensators 59 und eines veränderlichen Widerstandes 60 besteht.
Das eine Ende der Phasenregeleinrichtung 58 ist über einen Widerstand 51 geerdet und ausserdem unmittelbar mit einer der Ablenkplatten 8 verbunden ; das andere Ende derselben ist mit den andern Ablenkplatten 6 und 8 verbunden, die überdies über Widerstände 61 und 62 geerdet sind. Es ist also ein ges hlossener Kreis vorhanden, der die Reihenschaltung der (mit Cp bezeichneten) Kapazität zwischen den Platten 6 und der Phasenregeleinrichtung 58 und den Kreis 55 enthält. Bei richtiger Einstellung der Einrichtung 58 ist somit die Reihenschaltung eines Ohmschen Widerstandes und einer Kapazität parallel zu dem Kreis 55 geschaltet, so dass dann die Schaltung genau der Phasenregeleinrichtung nach Fig. 3a entspricht. Der Widerstand 60 bezweckt die Regelung der Amplitude der den Platten 8 zugeführten Spannung.
Die für die Röhren 40, 42, 44 und'72 erforderlichen Spannungen können jeder geeigneten Spannungsquelle entnommen werden. Das gleiche gilt von den für die Röhre 4 erforderlichen Spannungen. Zweckmässig wird aber ein Gleichrichter R verwendet, dessen positives Ende geerdet ist.
Mit dieser Schaltung werden den beiden Ablenkmitteln 6 und 8 einer Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung vom Oszillator 40 erzeugte Schwingungen mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von zweckmässig 900 zugeführt, die in folgender Weise in der Amplitude moduliert werden.
Die (von einer nicht dargestellten Quelle stammenden) Niederfrequenzschwingungen werden
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dieses Widerstandes ist über einen Widerstand 6. 3 und einen Kondensator 65 mit dem Gitter einer Modulatorröhre 68 verbunden. Der Widerstand 68 und ein Teil des Widerstandes 99 werden von einem Kondensator 64 überbrückt. Die Ausgangsimpedanz der Röhre 68 ist in den Anodenkreis der Röhre 44 aufgenommen, wodurch die im Ausgangskreis dieser Röhre auftretenden Schwingungen in der Amplitude moduliert werden.
Mit der beschriebenen Schaltung werden in der Phase oder Frequenz modulierte Schwingungen erhalten, die einem Schwingungskreis 70 entnommen werden können, der vorzugsweise auf die Frequenz der Trägerwelle abgestimmt ist, die den Ablenkmitteln der Röhre 4 zugeführt wird. Der Kreis 70 ist mit dem Eingangskreis eines Verstärkers 72 gekoppelt, dessen Ausgangskreis, gegebenenfalls über einen Frequenzvervielfacher 74 und einen Verstärker 76 mit einer Antenne 80 oder einem andern Belastungskreis verbunden igt.
Bei der beschriebenen Schaltung kann die Ausgangsenergie der Röhre 4 dur (h Anordnung einer Elektrode 90 in der Nähe der Hilfselektrode 10 gesteigert werden. Zweckmässig ist diese Elektrode
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ein Leiter, der in der Röhre angeordnet ist oder die innere Oberfläche der Röhre bedeckt. Die der Elektrode 90 zugeführte Spannung ist stärker positiv als die an die Hilfselektrode 10 angelegte. Die Elektrode 90 hat zum Zweck, die an der Hilfselektrode 10 bei Elektronenbombardement auftretenden Sekundärelektronen zu sammeln ; ausserdem werden durch sie sämtliche in der Röhre auftretenden freien Elektronen abgeführt. Die Elektrode 90 ist bei der dargestellten Ausführungsform in dem Leiter zwischen den beiden Teilen der Elektrode 10 angeschlossen.
Da die Anzahl der sekundäremittierten Elektronen grösser als die der Primärelektronen sein kann, nimmt der Strom im Ausgangskreis zu.
Demzufolge kann die Anzahl von Verstärkerstufen zwischen dem Ausgangskreis 70 und dem Belastungkreis eine kleinere als beim Fehlen der Hilfselektrode 90 sein.
Die maximal zu erreichende Phasenverschiebung wird durch die Krümmung der Segmente der Hilfselektrode bestimmt ; sie ist mit andern Worten von dem Wert der Konstanten a in der Gleichung l'= a. 0 abhängig. Für die in der Fig. 2 dargestellte Hilfselektrode beträgt die Phasenverschiebung etwa 90 , wenn den Ablenkmitteln eine 50% modulierte Schwingung zugeführt wird.
Unter gleichen Umständen wird bei einer 75% modulierten Trägerwelle eine Phasenverschiebung von etwa 1350 auftreten.
Anstatt den Ablenkmitteln eine in der Amplitude modulierte Schwingung zuzuführen, kann eine nicht-modulierte Schwingung mit konstanter Amplitude an die Ablenkmittel angelegt werden, während die modulierende Spannung einer Beschleunigungselektrode des Elektrodensystems zugeführt wird. Auch auf diese Weise wird erzielt, dass der Radius der kreisförmigen Elektronenbahn an der Hilfselektrode von der modulierenden Spannung abhängig ist. In diesem Fall wird aber einer oder mehreren andern Elektroden des Elektrodensystems eine in entsprechender Weise veränderliche Spannung zugeführt werden müssen, damit ein stark zusammengedrängtes Elektronenbündel die Hilfselektrode trifft.
In Fig. 1 ist die Hilfselektrode 10 flach ; bei der in Fig. la dargestellten Ausführungsform ist sie aber derart gekrümmt, dass die Elektronen unabhängig von der Abweichung des Elektronenbündels aus der Mittellage immer die gleiche Strecke zurückzulegen haben, bevor sie die Hilfselektrode treffen.
In diesem Fall entspricht die Krümmung des inneren Randes der Segmente der Hilfselektrode nicht ganz der Gleichung l'= a. 8, sondern es ist der Rand derart ausgebildet, dass seine Projektion in einer Ebene senkrecht zum Elektronenbündel eine dieser Gleichung entsprechende Form aufweist.
Gegebenenfalls können in der Röhre noch zusätzliche Elektroden vorgesehen werden. So kann z. B. in der Mitte der Hilfselektrode eine Elektrode angeordnet werden, die zu Zentrierzwecken benutzt werden kann. Auch kann eine enge ringförmige Elektrode um die Hilfselektrode herum angeordnet werden, um die Einstellung der Ablenkspannungen zur Erzielung einer kreisförmigen Elektronenbahn zu erleichtern.
Es kann auch die in der Phase oder Frequenz modulierte Trägerwelle gleichzeitig durch ein zweites Signal in der Amplitude moduliert werden. In diesem Fall kann das zweite Signal einer Elektrode des Elektrodensystems der Kathodenstrahlröhre zugeführt werden, welche die Intensität des Elektronenbündels regelt. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform werden die in dem Kreis 70 auftretenden in der Phase oder Frequenz modulierten Schwingungen gleichzeitig von einem zweiten Signal in der Amplitude moduliert. Das zweite Signal wird der Primärwicklung eines Transformators 100 zugeführt, dessen Sekundärwicklung in den Gleichstromkreis zwischen der Kathode und dem ersten Gitter des Elektrodensystems der Röhre 4 aufgenommen ist.
Demzufolge wird von der Antenne 80 eine Schwingung ausgesandt, welche durch die dem Transformator 100 zugeführte Signalspannung in der Amplitude und gleichzeitig durch die dem Transformator 98 zugeführte modulierende Spannung in der Phase oder Frequenz moduliert ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kathodenstrahlröhre mit einem Elektrodensystem zur Erzeugung eines Elektronenbündels, dadurch gekennzeichnet, dass am, dem Elektrodensystem gegenüberliegenden Röhrenende eine Hilfselektrode angeordnet ist, die in zwei oder mehr spiralig gekrümmte Teile geteilt ist, wobei die Projektion wenigstens des inneren Randes eines jeden Teiles in einer senkrecht zum Elektronenbündel stehenden Ebene die Form einer Archimedischen Spirale aufweist und sämtliche Spiralen von dem gleichen Punkte ausgehen.