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Verfahren zur Erzielung vorwiegend frequenzmodulierter Schwingungen bei Magnetron-und
Bremsfeldgeneratoren.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Modulationsverfahren unter Verwendung von Kurzwellenröhren, insbesondere Magnetron-und Bremsfeldrohren mit sogenannten Stirnseitenelektroden.
Es ist bekannt, bei Kurzwellenröhren, die ein in radialer Richtung annähernd geschlossenes, konzentrisch zur Kathode angeordnetes Entladungssystem besitzen, an den Stirnseiten Auffangeelektroden in Deckelform anzubringen und diesen eine positive Vorspannung gegenüber der Kathode zu erteilen. Dies hat zur Folge, dass ein elektrisches Beschleunigungsfeld entsteht, welches eine Komponente parallel zur Systemachse besitzt (elektrisches Querfeld). Durch geeignete Bemessung der Elektrodenvorspannungen bei Bremsfeldröhren bzw. der Elektrodenvorspannungen und des Magnetfeldes bei Magnetrons kann man erreichen, dass der grösste Teil der Elektronen die zur Schwingungerzeugung dienenden Elektroden nur streift, aber nicht trifft. Dieser Teil der Elektronen trägt ebenfalls, u. zw. durch Influenz zur Schwingungserzeugung bei.
Die Elektronen bewegen sich unter dem Einfluss des elektrischen Querfeldes auf einer Schraubenlinie, deren Achse, etwa parallel zur Systemachse verläuft und gelangen so, meist erst nach mehreren Umlaufen, auf die positiv vorgespannten Stirnseitenelektroden. Überlagert man nun den Stirnseitenelektroden eine modulationsfrequente Wechselspannung, so erzielt man eine vorwiegend amplitudenmässige Beeinflussung der erzeugten Hochfrequenz, wobei aber zwangsläufig eine zusätzliche Frequenzmodulation auftritt.
Der Gedanke der vorliegenden Erfindung ist nun folgender : Mit Hilfe der Stirnseitenelektroden soll bei annähernd konstanter Hochfrequenzamplitude praktisch ausschliesslich eine Frequenzmodulation durchgeführt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Erzielung vorwiegend frequenzmodulierter Schwingungen bei Magnetron-und Bremsfeldgeneratoren ist gekennzeichnet durch eine derartige Zuführung der Modulationsschwingungen, dass die Radien bzw. Elongationen der Elektronenbahnen durch die Modulationsschwingungen praktisch nicht geändert werden.
Eine Änderung der Elongationen der Elektronen macht entweder eine Änderung des konstanten Magnetfeldes oder eine Änderung der mittleren Beschleunigungsspannung notwendig. Beide Grössen beeinflussen aber die Amplitude der erzeugten Schwingungen. Aus diesem Grunde sollen Beschleunigungsspannung und Magnetfeld konstant gehalten werden. Es soll lediglich eine Schwenkung der Bahnebenen der Elektronen gegenüber einer Lage senkrecht zur Kathode erzielt werden. Diese Schwenkung wird durch elektrische Querfelder erreicht, welche keine beschleunigte Kraft auf die Elektronen ausüben können.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird man zweckmässig unter Verwendung von Entladungsröhren durchführen, welche konzentrisch zur Kathode angeordnete Hauptelektroden und weitere Hilfselektroden an den Stirnseiten des Entladungssystemes besitzen. Gemäss der Erfindung wird die Modulationsspannung den gegenüber der Kathode stark negativ vorgespannten Stirnseitenelektroden im Gleichtakt oder im Gegentakt zugeführt. Die Folge davon ist, dass die Elektronen nur in der Mitte des Entladungssystemes mehr oder weniger gebündelt werden, ohne dass sich ihre Elongationen bzw.
Bahndurchmesser ändern.
In Fig. 1 und 2 sind an sich bekannte Röhrenkonstruktionen mit Stirnseitenelektroden dargestellt.
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Fig. 3 zeigt in anschaulicher Weise die Abhängigkeit der Frequenz und der Amplitude hochfrequenter Schwingungen, welche nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugt worden sind, von dem Vorzeichen und von der Grösse der Spannung an den Stirnseitenelektroden.
Fig. 4 und 5 zeigen Schaltungsbei. spiele, in denen von dem Erfindungsgedanken Gebrauch gemacht wird.
Fig. 1 zeigt eine Entladungsröhre mit einteiliger zylindrischer Anode A. Die Kathode J ist in der Zylinderachse angeordnet. An den Stirnseiten des Entladungssystems, vorzugsweise rechtwinklig zur Kathode sind zwei Stirnseitenelektroden B1 und B2 vorgesehen.
Fig. 3 stellt das Arbeitsdiagramm einer Röhre nach Fig. 1 oder 2 dar, unter der Voraussetzung, dass die Modulationsspannungen nur den Stirnseitenelektroden zugeführt werden. Als Abszisse ist die Vorspannung US der Stirnseitenelektroden gegenüber der Kathode in positiver und negativer Richtung aufgetragen. Für die Kurve 1 stellt die Ordinate die erzeugte Frequenz dar, so dass diese Kurve die Abhängigkeit der Frequenz von der Vorspannung der Stirnseitenelektroden wiedergibt.
Für die Kurve 2 bedeutet die Ordinate die Amplitude der erzeugten Schwingungen, so dass diese Kurve die Abhängigkeit der Amplitude von der Vorspannung der Stirnseitenelektroden wiedergibt. Man sieht, dass in dem Bereich negativer Werte von US die Frequenz annähernd linear ansteigt, während die Amplitude über diesen Bereich annähernd konstant bleibt. Bei positiven Werten von US dagegen ist mit einer Frequenzänderung eine starke Amplitudenänderung verbunden. Die Kurven zeigen also, dass eine reine Frequenzmodulation erzeugt werden kann, wenn die Modulationsspannungen der negativen Vorspannung der Stirnseitenelektroden überlagert werden.
Um die in Frage kommenden Spannungsbereiche zu verdeutlichen, sind in Fig. 3 noch die Werte von M'besonders eingezeichnet, bei denen die Vorspannung der Stirnseitenelektroden gleich bzw. entgegengesetzt gleich der Anodenspannung U A der Röhre ist.
Fig. 4 zeigt eine vollständige Schwingschaltung unter Verwendung eines Zweischlitzmagnetrons in Selbsterregungsschaltung. Die Anoden J. und A2 erhalten in bekannter Weise eine hohe positive Vorspannung Ua, welche über den Schwingkreis 0 zugeführt wird. Die Stirnseitenelektroden S erhalten eine negative Vorspannung Us gegenüber der Kathode ; gleichzeitig werden den Stirnseitenelektroden Modulationswechselspannungen von einer Modulationsquelle M über einen Transformator T gleichphasig aufgedrückt.
In ähnlicher Weise, wie man eine Frequenzmodulation erzielen kann, muss es auch möglich sein, eine ungewollte Frequenzmodulation nach dem erfindungsgemässen Verfahren zu unterdrücken.
Fig. 5 zeigt nun eine Schaltung, bei welcher eine Modulation z. B. durch Beeinflussung der Anodenspannung und eine Gegenmodulation durch Beeinflussung der Spannung der Stirnseitenelektroden erzielt wird. Der Anode und den Stirnseitenelektroden werden die Modulationsspannungen in Gegenphase zugeführt ; die Folge davon ist eine annähernd reine Amplitudenmodulation. Mit R ist das Röhrengefäss und mit P sind die Pole eines Magnetgestells angedeutet.
Es erscheint angebracht, noch auf eine Tatsache hinzuweisen, die den prinzipiellen Unterschied zwischen dem Arbeiten mit positiv vorgespannten Stirnseitenelektroden und dem mit negativ vorgespannten Stirnseitenelektroden erkennen lässt.
Positiv vorgespannte Stirnseitenelektroden bewähren sich am besten bei Magnetons mit einteiliger Anode. Eine gewisse Wirkungsgradverbesserung lässt sich auch bei Magnetrons mit zweiteiliger Anode erzielen, u. zw. dann, wenn Schwingungen erster Ordnung erzeugt werden. Bei Schwingungen erster Ordnung benötigt ein Elektron für eine Schleifenbahn-Richtungswechsel bis zur ursprünglichen Richtung-ungefähr eine Schwingungsperiode. Ein richtigphasig laufendes Elektron, welches zwischen der Anode und der Kathode hin und her pendelt, nähert sich immer dann z. B. der Anode, wenn die der Anodengleichspannung überlagerte Wechselspannung ein negatives Vorzeichen hat.
Die Elektronen wirbeln also zwischen Kathode und Anode auf kreisförmigen Bahnen derart, dass sie jeweils auf die momentan negative Elektrode zueilen und dabei ihre Energie in Stufen abgeben. Durch positiv vorgespannte Stirnseitenelektroden wird den Elektronen eine seitliche Beschleunigung gegeben und sie eilen unter Abgabe ihrer Energie auf die Stirnseitenelektroden zu.
Bei mehrteiligen, insbesondere vierteiligen, Anoden rollen sich die Elektronen bei ihren Umläufen ab und nähern sich mehr und mehr der Anode. Ein Herausziehen durch positiv vorgespannte Stirnseitenelektroden würde keine Verbesserung des Wirkungsgrades bringen, da die Elektronen ja vorzeitig dem Anfachungsprozess entzogen würden.
Anders liegt der Fall bei negativ vorgespannten Stirnseitenelektroden. Diese lassen sich in gleichem Masse sowohl bei einteiligen als auch bei mehrteiligen Anoden anwenden, da durch die von ihnen erzeugten elektrischen Felder die Elektronenbahnen nur mehr oder minder auf die Mitte der Entladungsstrecke gedrängt werden. Eine Beeinflussung des Wirkungsgrades der Hochfrequenzleistung tritt dadurch praktisch zumindest in den verwendeten Bereichen nicht auf.
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