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Kathodenstrahlröhre mit einem Elektrodensystem zur Erzeugung eines Elektronenbiindels.
Zur Übertragung von Faksimile ist die Verwendung eines Modulationssystems vorgeschlagen worden, bei dem eine Trägerwelle durch eine rechteckige Schwingung moduliert wird, deren Frequenz oberhalb der Hörbarkeitsgrenze liegt und deren Amplitude konstant ist, wobei das Verhältnis zwischen dem positiven und negativen Teil der Periode der modulierenden Schwingung vom Augenblickswert der Modulation abhängig ist. Nachher hat man diese Modulationsart zur Übertragung von Schallschwingungen vorgeschlagen. Der Hauptvorteil dieser Modulationsart ist darin zu erblicken, dass im Empfänger Amplitudenfilter verwendet werden können, wodurch das Verhältnis zwischen Signal und Störung günstiger wird, als wenn zur Übertragung des gleichen Signals unter übrigens gleichen Umständen Amplitudenmodulation Anwendung findet.
Gegenstand der Erfindung sind neue Mittel zur Erzeugung derartig modulierter Schwingungen.
Diese bestehen gemäss der Erfindung im wesentlichen aus einer Kathodenstrahlröhre mit einem Elektrodensystem zur Erzeugung eines Elektronenbiindels, wobei sich an dem dem Elektrodensystem gegenüberliegenden Röhrenende eine aus zwei oder mehr Teilen bestehende Ausgangselektrode befindet, von der wenigstens einer der Teile derartig ausgebildet ist, dass seine Projektion in der Ebene eines andern Teiles von zwei Archimedischen Spiralen begrenzt wird, die vom gleichen Punkt ausgehen und sich in einem andern Punkt schneiden.
Die Erfindung umfasst weiters einige Schaltungen, bei denen von dieser Kathodenstrahlröhre Gebrauch gemacht wird. Zur Modulierung einer Schwingung derart, dass Reihen von Impulsen entstehen, deren Zeitdauer bzw. Abstand voneinander vom Augenblickswert der Modulation abhängt, werden die zu modulierenden Schwingungen den Ablenkmitteln einer Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung derart zugeführt, dass das Elektronenbündel an der Ausgangselektrode der Röhre eine kreisförmige Bahn beschreibt, deren Mittelpunkt mit dem Ausgangspunkt der erwähnten Spiralen zusammenfällt und deren Radius vom Augenblickswert der Modulation abhängig ist, wobei die modulierte Schwingung einer zwischen zwei Teilen der Ausgangselektrode bzw. einem der Teile und Erde angeordneten Impedanz, z, B. einem Widerstand, entnommen wird.
In den Zeichnungen ist die Erfindung durch Ausführungsbeispiele schematisch veranschaulicht und näher erläutert.
Die Fig. 1 und 1 a zeigen eine Kathodenstrahlröhre gemäss der Erfindung mit einer besonders ausgestalteten Ausgangselektrode, die zur Modulierung einer Trägerschwingung in der erwähnten Art verwendet werden kann. Fig. 2 zeigt schematisch die Schaltung für die Zufuhr der an den Ablenkmitteln der in Fig. 1 und 1 a dargestellten Kathodenstrahlröhre erforderlichen Spannungen. In Fig. 2a ist eine Ausführungsform einer Phasenregelungseinrichtung dargestellt, die bei der in Fig. 2 abgebildeten Schaltung Verwendung findet. In den Fig. 3 und 4 sind einige Kurven dargestellt, die die Charakteristik der Ausgangsenergie der Kathodenstrahlröhre nach Fig. 1 und 1 a andeuten, wenn die Ablenkmittel entsprechend Fig. 2 gespeist werden. Fig. 5 zeigt die wesentlichen Teile einer Sendeschaltung nach der Erfindung.
In Fig. 6 ist eine andere Ausführungsform der in Fig. 1 a gezeigten Ausgangselektrode dargestellt ; und Fig. 7 stellt die Kurvenform der Ausgangsenergie einer Kathodenstrahlröhre mit einer Ausgangselektrode nach Fig. 6 dar. In den Fig. 8,9 und 10 sind weitere Ausführungsformen der Ausgangselektrode veranschaulicht.
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Die in den Fig. 1 und 1 a dargestellte Kathodenstrahlröhre 4 enthält ein Elektrodensystem, zwei Sätze elektrostatischer Ablenkmittel 6 und 8 und eine Ausgangselektrode 10, die von dem vom Elektrodensystem erzeugten Kathodenstrahlbündel getroffen wird. Die in Fig. 1 a dargestellte Ausführungsform der Ausgangselektrode besteht aus zwei (oder mehr) in einer Ebene liegenden Metallteilen oder-Segmenten. M und 16. Diese Segmente können aus Metallplatten oder-gittern bestehen oder von einer Metallbekleidung auf der Innenoberfläche der Röhre oder auf einem Träger in der Röhre gebildet werden.
Die Segmente 14 und 16 sind derart ausgebildet, dass der Teil 16 von den Kurven '=-a 0-8 und r = a Q-S und der Innenrand von 14 durch die Kurven r = -a (8) + Ï und r = < t @ + begrenzt wird. In den Gleichungen dieser Kurven ist r (der Leitstrahl) der radiale Abstand zwischen jedem Punkt der betreffenden Ränder der Segmente 14 und 16 und dem Mittelpunkt 0 der Ausgangselektrode ; (8) ist der Winkelabstand oder Polarwinkel des gleichen Punktes in bezug auf eine bestimmte Linie (strichlierte Linie X) ; a ist der Parameter der Kurven und 8 ist eine bestimmte Konstante, die vom Abstand zwischen den Segmenten und und 16 abhängt.
Wenn die Entladungsröhre 4 zur Modulation einer elektrischen Schwingung in der eingangs erwähnten Art verwendet wird, so wird das Kathodenstrahlbündel mit Hilfe der Ablenkmittel 6 und 8 derart abgelenkt, dass das Bündel an der Elektrode 10 eine kreisförmige Bahn beschreibt, deren Radius vom Augenblickswert der Modulation abhängig ist. In diesem Fall kann einer zwischen den Seg- menten14 und 16 der Elektrode 10 geschalteten Impedanz, z. B. einem Widerstand Za, eine modulierte Schwingung entnommen werden, die aus Reihen von rechtwinkeligen Impulsen besteht, deren Zeitdauer vom Augenblickswert der Modulation abhängig ist.
Das Elektrodensystem der. Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung entspricht ganz dem eines gewöhnlichen Oszillographen oder Kinoskop & . Die erforderlichen Spannungen werden von den Spannungsquellen 20 und 22 geliefert. Das Elektronenbündel wird an der Hilfselektrode 10 mit Hilfe der an die Elektroden des Elektrodensystems angelegten Spannungen möglichst scharf zu einem Punkt konzentriert, u. zw. derart, dass, wenn den Ablenkmitteln 6 und 8 keine Spannungen zugeführt werden, der geometrische Mittelpunkt 0 der Ausgangselektrode 10 vom Elektronenbündel getroffen wird.
Zweckmässig sind die Ablenkmittel 6 und 8 unter einem Winkel von 900 gegeneinander versetzt angeordnet, und in diesem Fall wird den beiden Ablenkmitteln die zu modulierende Schwingung mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 900 zugeführt. Selbstverständlich können die Ablenkmittel 6 und 8 auch einen anderen Winkel einschliessen ; dann wird auch die Phasenverschiebung zwischen den ihnen zugeführten Spannungen von 900 verschieden sein. Es handelt sich nämlich ausschliesslich darum, das Elektronenbündel an der Hilfselektrode eine kreisförmige Bahn beschreiben zu lassen, damit ein linearer Zusammenhang zwischen dem Augenblickswert der Modulation und der Zeitdauer der über den Widerstand Za auftretenden Impulse erzielt wird.
In der Schaltung zur Zufuhr der erforderlichen Spannungen an die Ablenkmittel 6 und 8 nach Fig. 2 wird eine sinusförmige Schwingung mit einer konstanten Amplitude und einer oberhalb der Hörbarkeitsgrenze liegenden Frequenz einem Modulator 21 zugeführt und von Niederfrequenzschwingungen in der Amplitude moduliert. Die Ausgangsenergie des Modulators 21 wird einer Phasenregelungseinrichtung 23 über einen Spannungsteiler Pio zugeführt. Die Einrichtung 23 muss derart sein, dass im Ausgangskreis zwei in der Amplitude modulierte Spannungen auftreten, zwischen denen eine Phasenverschiebung, zweckmässig von 90 , besteht, welche Spannungen den Ablenkmitteln 6 bzw. 8 zugeführt werden.
Vorzugsweise wird die in der Amplitude modulierte Spannung e, den Ablenkplatten 6 über einen Spannungsteiler P 20 zugeführt.
Bei der in Fig. 2 a dargestellten Ausführungsform einer Phasenregelungseinrichtung wird die den Ablenkmitteln zuzuführende in der Amplitude modulierte Schwingung der Reihenschaltung eines Widerstandes 30'und eines Kondensators 32 zugeführt. Durch Einstellung des Kondensators 32 auf den richtigen Wert im Zusammenhang mit der Grösse des Widerstandes 30 kann die gewünschte Phasenverschiebung zwischen der über den Widerstand 30 auftretenden Spannung ei und der über den Kondensator 32 auftretenden Spannung e2 erzielt werden.
Im folgenden wird eingehender beschrieben, wie eine in der Amplitude modulierte Schwingung in Impulse umgewandelt wird, deren Zeitdauer von der Modulation abhängt : Zunächst werden unter Zuführung einer unmodulierten Schwingung an den Modulator 21 die Phasenregelüngseinriehtung 23 und der Spannungsteiler P 20 derart eingestellt, dass das Kathodenstrahlbündel in der Röhre 4 an der Elektrode 10 eine kreisförmige Bahn beschreibt, deren Mittelpunkt im Punkt 0 liegt. Wenn der Spannungsteiler P", derart geregelt ist, dass die kreisförmige Bahn einem in der Fig. 1 a mit 1 bezeichneten Kreis entspricht, so wird über den Widerstand Za eine der Kurve a in Fig. 3 entsprechende Spannung auftreten.
Der Übergang des Elektronenstroms von einem Segment der Elektrode zum anderen Segment erfolgt in den Punkten ? i und P'i. Wenn nun die beiden Ablenkspannungen mittels des Spannungsteilers Pio um etwa 50% verringert werden und die weitere Einstellung gleich bleibt, so wird die Elektronenbahn an der Elektrode 10 dem Kreis G2 in Fig. 1 a entsprechen und die Spannung über den Widerstand Za wird der Kurve b in Fig. 3 entsprechen. Der Übergang des Elektronenstroms vom einen Segment zum andern erfolgt nun in den Punkten P 2 und P'z.
Wird der Spannungsteiler Pio ferner derart eingestellt, dass den Ablenkmitteln eine um 50% höhere Spannung als die dem Kreis GI
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entsprechende zugeführt wird, so wird eine Elektronenbahn zurückgelegt werden, die dem Kreise Cg entspricht, wobei der Elektronenstrom vom einen Segment zum andern in den Punkten Pg und P'g übergeht und die über Za auftretende Spannung der Kurve ein Fig. 3 entspricht. Wenn dann Rio auf den Anfangswert zurückgebracht wird, wodurch die Elektronenbahn wieder dem Kreis C, entspricht, und die den Ablenkmitteln zugeführte Schwingung z.
B. um 50% in der Amplitude moduliert wird, so wird die Elektronenbahn an der Elektrode 10 zwischen den Grenzen O2 und Ce schwanken, während die Ausgangsspannung zwischen den durch die Kurven b und c in Fig. 3 bedingten Grenzen schwankt. Die Einstellung und Kontrolle der Schaltung können dadurch erleichtert werden, dass die Ausgangselektrode mit einem Stoff überzogen wird, der beim Elektronenbombardement fluoresziert.
Die beschriebene Schaltung kann zur Umwandlung sinusförmiger Schwingungen mit gleichbleibender Frequenz in rechtwinkelige Impulse gleicher Frequenz benutzt werden, wobei die Zeitdauer der Impulse über einen breiten Bereich einstellbar ist. Dies lässt sieh dadurch erzielen, dass P10 eine unmodulierte sinusförmige Schwingung zugeführt und P10 derart eingestellt wird, dass e, und e2 den gewünschten Wert haben. Eine auf diese Weise erzeugte impulsförmige Spannung ist sehr verwendbar beim Rundfunk sowie auf verwandten Gebieten, und sie ist besonders wichtig für Fernsehschaltungen und für Synchronisierzwecke.
Fig. 4 zeigt eine modulierte rechtwinkelige Schwingung, bei der die Zeitdauer der Impulse vom Augenblickswert der Modulation abhängig ist. In diesem Beispiel erfolgt die Modulation durch eine sinusförmige Schwingung, deren Frequenz ein Zwanzigstel der Frequenz der modulierten Schwingung beträgt und bei der die Modulationstiefe 75% beträgt. Die in Fig. 4 dargestellte modulierte Spannung kann zur Modulierung einer Trägerschwingung in der Amplitude benutzt werden. Eine vollständige Sendeschaltung, bei der die ausgesandte Trägerschwingung auf diese Art moduliert ist, ist in Fig. 5 dargestellt.
In dieser Figur ist mit 40 ein kristallgesteuerter Oszillator bezeichnet, durch den Schwingungen mit der gewünschten gleichbleibenden Frequenz und Amplitude erzeugt werden. Die Ausgangsenergie des Oszillators 40 wird über einen Koppelkondensator 42 dem Steuergitter einer Verstärkerröhre 44 zugeführt, wobei zwischen das Gitter und die Kathode eine Spannungsquelle 41 in Reihe mit einem Widerstand 43 geschaltet ist. Die Anode der Röhre 44 ist mit einem Schwingungskreis 46 verbunden, der auf die Frequenz der vom Oszillator 40 erzeugten Schwingungen oder auf eine ihrer höheren Harmonischen abgestimmt und induktiv mit einem Kreis 55 gekoppelt ist. Das Schutzgitter der Röhre 44 wird über einen Widerstand 45 gespeist, dessen Enden über die Kondensatoren C geerdet sind.
Das eine Ende des Kreises 55 ist über einen Widerstand 53 geerdet und gleichzeitig unmittelbar mit einer der Ablenkplatten 6 verbunden ; das andere Ende des Kreises 55 ist mit einer Phasenregelungseinrichtung 58 verbunden, welche aus der Parallelschaltung einer Selbstinduktion 57, eines Kondensators 59 und eines veränderlichen Widerstandes 60 besteht. Das eine Ende der Phasenregelungseinrichtung 58 ist über einen Widerstand 51 geerdet und gleichzeitig unmittelbar mit einer der Ablenkplatten 8 verbunden ; das andere Ende der Phasenregelungseinrichtung 58 ist mit den anderen Ablenkplatten 6 und 8 verbunden. Diese Platten sind ausserdem über Widerstände 61 und 62 geerdet. Es ist also ein geschlossener Kreis vorhanden, der in Reihenschaltung die Kapazität zwischen den Platten 6, die Phasenregelungseinrichtung 58 und den Kreis 55 enthält.
Bei richtiger Einstellung der Einrichtung 58 ist somit parallel zum Kreis 55 die Reihenschaltung eines Ohmschen Widerstandes und einer Kapazität geschaltet ; es entspricht dann die Schaltung genau der in Fig. 2 a dargestellten Phasenregelungseinrichtung. Der Widerstand 60 bezweckt, die Amplitude der den Platten 8 zugeführten Spannung zu regeln. Mit dieser Schaltung wird den beiden Ablenkmitteln 6 und 8 einer Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung eine vom Oszillator 40 erzeugte Schwingung mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung, zweckmässig von 90 , zugeführt. Im folgenden wird beschrieben, wie diese Schwingungen in der Amplitude moduliert werden.
Die von einer nicht dargestellten Quelle stammenden Niederfrequenzschwingungen werden über einen Niederfrequenztransformator T einem Spannungsteilerwiderstand R zugeführt. Ein Punkt dieses Widerstandes ist mit dem Gitter einer Modulatorröhre 68 verbunden. 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. Diese in der Amplitude modulierten Schwingungen werden über die bereits oben beschriebene Phasenregelungseinrichtung den Ablenkmitteln 6 und 8 der Röhre 4 zugeführt, wodurch über den Ausgangswiderstand Za dieser Röhre modulierte rechtwinkelige Schwingungen auftreten, die aus Impulsreihen bestehen, deren Zeitdauer vom Augenblickswert der Modulation abhängt.
Die über den Widerstand Za auftretenden Schwingungen werden über einen Modulationsverstärker 76 einem Modulator 78 zugeführt und zur Amplitudenmodulierung der von einem Hochfrequenzoszillator 80 erzeugten Trägerschwingungen verwendet.
Die derart modulierten Trägerschwingungen werden einer Antenne 89 oder einer Übertragüngs- leitung 81 zugeführt.
Die Ausgangsenergie der beschriebenen Röhre 4 kann dadurch gesteigert werden, dass eine Elektrode 90 in der Nähe der Ausgangselektrode 10 angeordnet wird. Zweckmässig ist diese Elektrode ein Leiter, der in der Röhre angeordnet ist oder die innere Röhrenoberfläche bedeckt. Die der Elek-
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trode 90 von einer Spannungsquelle 91 zugeführte Spannung ist stärker positiv als die an die Hilfselektrode 10 angelegte Spannung. Die Elektrode 90 bezweckt die beim Elektronenbombardement der Elektrode 10 auftretenden Sekundärelektronen zu sammeln ; und es werden ausserdem sämtliche in der Röhre auftretenden freien Elektronen über die Elektrode 90 abgeführt.
Die Elektrode 90 ist bei der dargestellten Ausführungsform in einen Stromkreis aufgenommen, der die beiden Teile der Elektrode 10 und den Widerstand Za enthält ; und da die Anzahl der sekundäremittierten Elektronen grösser als die der Primärelektronen sein kann, nimmt der Strom im Ausgangskreis zu. Infolgedessen kann die Anzahl der Verstärkerstufen zwischen dem Ausgangswiderstand Za und dem Modulator 78 kleiner als bei Abwesenheit der Hilfselektrode 90 sein.
In Fig. 6 ist eine Ausführungsform einer Ausgangselektrode einer Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung dargestellt, mit der modulierte rechtwinkelige Schwingungen erhalten werden, die aus Impulsreihen bestehen, deren Abstand voneinander vom Augenblickswert der Modulation abhängt.
Diese Elektrode entspricht praktisch der in den Fig. 1 und 1 a dargestellten Elektrode und unterscheidet sieh von der letztgenannten nur darin, dass zwischen den Elektroden 14 und 16 noch eine Elektrode 115 vorgesehen ist. Die Elektrode 115 ist mit einer Gleichspannungsquelle über eine Impedanz, z. B. einen Widerstand ZB, verbunden, dem die kurzen Impulse entnommen werden können, deren Abstand voneinander vom Augenblickswert der Modulation abhängt. Die Kurvenform der über den Widerstand ZB auftretenden Impulse ist in Fig. 7 dargestellt. Die über den Widerstand Z. A auftretende Spannung ist mit der über den Widerstand Za in Fig. 1 erzeugten Spannung praktisch identisch.
In Fig. 8 ist eine Ausführungsform der Ausgangselektrode der Röhre 4 dargestellt, bei der die Elektrode 14 durch eine kreisförmige Platte 14'gebildet wird und die Elektrode 16 in geringer Entfernung vor dieser Platte angeordnet ist. Diese Bauart vereinfacht die Herstellung der Ausgangselektrode, da nur eines der Segmente von zwei Archimedischen Spiralen begrenzt wird. Ausserdem wird eine verbesserte Kurvenform der Ausgangsenergie erhalten, da das Elektronenbündel, sofort nachdem es die Elektrode 14'verlässt, die Elektrode 16 trifft-und umgekehrt. Es ist mit andern Worten die Konstante ô aus der Gleichung der Begrenzungskurven ausgeschieden worden. Bei dieser Bauart kann die Elektrode 14 ausserdem die Wirkung der Elektrode 90 nach Fig. 5 ergänzen oder ersetzen.
Die gleichen Vorzüge können mit einer Ausgangselektrode nach Fig. 9 erzielt werden, in der die Elektrode 16'eine herzförmige Öffnung besitzt und die Elektrode 14"jede beliebige Gestalt haben kann, sofern sie nur die herzförmige Öffnung in 16'vollständig abdeckt. Zur Erzeugung der in Fig. 7 veranschaulichten Impulse kann auch gemäss Fig. 10 vor der Platte 14'eine Elektrode 115 angeordnet werden, die eine von zwei Archimedischen Spiralen begrenzte Öffnung und einen ebenso begrenzten Aussenrand aufweist.
Bei jeder Ausführungsform der Ausgangselektrode können die Elektrodenteile 14 und 16 bzw.
14', 14", 16'und 115 als eine Bekleidung der Röhrenoberfläche ausgebildet werden, wobei zwischen den Elektrodenteilen eine geeignete Isolierung vorgesehen ist.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Kathodenstrahlröhre mit einem Elektrodensystem zur Erzeugung eines Elektronenbündels, dadurch gekennzeichnet, dass sich an dem dem Elektrodensystem gegenüberliegenden Röhrenende ) eine aus zwei oder mehr Teilen bestehende Ausgangselektrode befindet, von der wenigstens einer der Teile derart ausgebildet ist, dass seine Projektion in der Ebene eines ändern Teiles von zwei Archimedischen Spiralen (z. B. '= a @ und r =-a Q) begrenzt wird, die vom gleichen Punkt ausgehen und sich in einem anderen Punkt schneiden.
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